JP2004117525A

JP2004117525A - Optical switch

Info

Publication number: JP2004117525A
Application number: JP2002277437A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tamura; 田村　健一; Ryuta Takahashi; 高橋　龍太; Ryokichi Baba; 馬場　亮吉; Masaki Esashi; 江刺　正喜
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical switch which is low-cost and has high reliability. <P>SOLUTION: The optical switch 1 which reflects incident light by a mirror 2 provided turnably on an incident optical path and emits it by changing the reflection optical path, the switch is equipped with a driving means 4 which changes the reflection optical path by pressing the reverse surface of the mirror 2 at least at three points and turns the mirror 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を情報伝送媒体とした光ネットワークシステムに用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体製造技術を応用した微細加工技術であるＭｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ（ＭＥＭＳ）を用いて作製される光スイッチ（ＭＥＭＳスイッチ）が開発されている。ＭＥＭＳスイッチは、基板上に一括で形成でき、またそのスケールが微小なことから低コストで高速な光スイッチとして有望である。
【０００３】
ＭＥＭＳスイッチの一例として、図７（ａ），（ｂ）に示されるような従来の光スイッチ４１がある。光スイッチ４１は、入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラー４２で反射し、反射光路を変化させて出射するものであり、電磁力および静電力を用いてミラー４２の光軸に対する角度を変化させ、光の経路を切り替えることを特徴としている。
【０００４】
光スイッチ４１の切り替え方法を説明すると、図７（ａ）に示されるように、まず、入力ポートの左上のコリメータアレイ７１ａから入射された光Ｌは、コリメータアレイ７１ａで平行光に変換され、表面に光スイッチ４１が複数個配列された第一の光スイッチ素子アレイ７２ａにおいて、左上のミラー４２で反射され、その反射光が、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂにおいて、左上のミラー４２で反射され、出力ポートの左上のコリメータアレイ７１ｂから出射されているとする。
【０００５】
光の切り替えは、例えば、図７（ａ）の状態から第一の光スイッチ素子アレイ７２ａの左上のミラー４２と、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂの右下のミラー４２とを回動させることで実行できる。これにより、入力ポートのチャンネルと出力ポートのチャンネルを選択して切り替えることができる。この場合、図７（ｂ）に示されるように、左上のコリメータアレイ７１ａから入射された光Ｌは、第一の光スイッチ素子アレイ７２ａ上の左上のミラー４２、第二の光スイッチ素子アレイ７２ｂ上の右下のミラー４２で反射され、右下のコリメータアレイ７１ｂから出射される。
【０００６】
光スイッチ４１は、図４に示されるように、表面中央にミラー４２が形成されたミラー基板４３と、ミラー基板４３の周囲に形成された貫通孔４４でミラー基板４３から部分的に隔離された中間基板４５と、中間基板４５の周囲に形成された貫通孔４６で中間基板４５から部分的に隔離された外枠基板４７と、ミラー基板４３の外縁中央部と中間基板４５の内縁中央部を連結支持し、ミラー基板４３の回動軸となる一対のトーションバー４８と、中間基板４５の外縁中央部と外枠基板４７の内縁中央部を一対のトーションバー４８の垂直方向に連結支持し、中間基板４５の回動軸となる一対のトーションバー４９とからなっている。光スイッチ４１は、ミラー４２が二軸の回りに回動可能となっている。
【０００７】
ミラー基板４３表面の縁には、図５に示されるように、光スイッチ４１外部の電流源５１ａからの電流が流れる配線パターン５２ａが形成されている。中間基板４５表面の縁にも、光スイッチ４１外部の電流源５１ｂからの電流が流れる配線パターン５２ｂが形成されている。
【０００８】
光スイッチ４１の駆動方法を図６で説明すると、光スイッチ４１を挟んだ両側に永久磁石６１，６１を配置して磁界Ａを発生させ、上述した配線パターン５２ａ，５２ｂに電流を流すことで、光スイッチ４１の周りの磁界Ａからミラー基板４３や中間基板４５にローレンツ力を発生させ、ミラー基板４３や中間基板４５を所定角度回動させてミラー４２の光軸に対する角度を変化させている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題　】
しかしながら、従来の光スイッチ４１では、ミラー４２を回動させるのに外部からの磁界Ａを必要とする。このため、永久磁石６１，６１、もしくは電磁コイル等で強い磁界Ａを発生させる必要があり、集積化に不利であり、コストもかかるという問題がある。
【００１０】
また、ミラー基板４３や中間基板４５表面の周囲にローレンツ力を発生させるための配線パターン５２ａ，５２ｂが必要であるが、配線パターン５２ａ，５２ｂはトーションバー４８，４９上にも形成しなければならない。このため、ミラー基板４３や中間基板４５の回動に伴い、トーションバー４８，４９上の配線パターン５２ａ，５２ｂにはかなりの捻れが加わるため、配線パターン５２ａ，５２ｂの断線、もしくは剥がれなど信頼性上の問題もある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、低コストで信頼性の高い光スイッチを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、入射される光を、入射光路上に回動可能に設けられたミラーで反射し、反射光路を変化させて出射する光スイッチにおいて、上記ミラーの裏面を少なくとも三点以上で押し当てて該ミラーを回動させて反射光路を変える駆動手段を備えた光スイッチである。
【００１３】
請求項２の発明は、上記駆動手段がピエゾ素子からなる請求項１記載の光スイッチである。
【００１４】
請求項３の発明は、上記ミラーが表面に形成されたミラー素子基板と、そのミラー素子基板の裏面に重ねられ、上記駆動手段が搭載されたアクチュエータ素子基板とからなる請求項１または２記載の光スイッチである。
【００１５】
請求項４の発明は、上記ミラー素子基板は、その中央部に設けられて表面に上記ミラーが形成されるミラー基板と、そのミラー基板の周囲に形成された貫通孔で上記ミラー基板と部分的に隔離された外枠基板と、その外枠基板と上記ミラー基板とを部分的に連結支持する支持部とからなる請求項３記載の光スイッチである。
【００１６】
請求項５の発明は、上記支持部は、蛇行状に形成される請求項４記載の光スイッチである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１８】
図１は、本発明の好適実施の形態である光スイッチを示す斜視図である。図２は、ミラー素子基板の一例を示す斜視図である。図３は、アクチュエータ素子基板の一例を示す斜視図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本発明に係る光スイッチ１は、シリコン基板上に、入射光路上に回動可能に設けられるミラー２を形成したＭＥＭＳ光スイッチであり、表面にミラー２が形成されたミラー素子基板３と、そのミラー素子基板３の裏面に重ね合わされ、ミラー２の裏面を押し当ててミラー２を少なくとも一軸の回りに所定角度回動させると共に、ミラー２を回動させた位置で保持して反射光路を変えるための駆動手段としてのピエゾ素子４が三個搭載されたアクチュエータ素子基板５とからなるものである。
【００２０】
図１では、光スイッチ１が駆動していない状態、すなわち、各ピエゾ素子４が伸縮しておらず、ミラー２（後述するミラー基板７）が水平となっている状態を示している。
【００２１】
本実施の形態では、ミラー素子基板３は矩形状に形成されている。アクチュエータ素子基板５は、その表面の四隅にミラー素子基板３を支持する矩形体状の支柱６が形成されてテーブル状に形成されており、テーブルを逆さにした状態でミラー素子基板３と重ね合わされるようになっている。ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５としては、例えば、シリコン基板を使用している。ピエゾ素子４としては、例えば、円柱状のものを使用している。
【００２２】
ミラー素子基板３の裏面の角部と、アクチュエータ素子基板５の支柱６の表面には、基板３，５同士を位置合わせするためのマーカー（図示せず）が形成されている。ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５は、半田等により、マーカーを目印にして互いに重ね合わせられて接合される。
【００２３】
ミラー素子基板３は、その中央部に設けられて表面にミラー２が形成されるミラー基板７と、そのミラー基板７の周囲に形成された台形状の貫通孔８でミラー基板７と部分的に隔離された外枠基板９と、その外枠基板９の内縁角部とミラー基板２の外縁角部とをそれぞれ連結支持する支持部１０とからなっている。
【００２４】
ミラー２は、例えば、ミラー基板７の表面に金を蒸着して形成するようにしている。金を使用することにより、薄くて安定なミラーになる。各支持部１０は、伸縮が容易なように角のある蛇行状に形成されている。各支持部１０によってミラー基板７と外枠基板９を連結支持することにより、ミラー基板７が外枠基板９に対して変位しやすくなっている。
【００２５】
本実施の形態では、アクチュエータ素子基板５にピエゾ素子４を三個搭載しており、ミラー基板７の裏面を、各ピエゾ素子４でそれぞれ押し当ててミラー２を回動させているが、ピエゾ素子４は少なくとも三個であればよく、言い換えれば、ミラー基板７の裏面を三点で押し当てて回動させるようにしていればよい。これは、ミラー２の光軸に対する角度を高精度かつ安定させて変化させる点と、光スイッチ１の消費電力を低減させる点とを考慮したからである。
【００２６】
例えば、ミラー基板７裏面の辺部を、二つのピエゾ素子４でそれぞれ押し当てて上げ下げすれば、ミラー基板７裏面の辺部を、一つのピエゾ素子４で押し当てて上げ下げするのに比べ、ミラー２の光軸に対する角度をより精度よく安定させて変化させることができ、しかも消費電力を低減させることができる。
【００２７】
本発明は、各ピエゾ素子４の搭載位置に限定されるものではない。各ピエゾ素子４の搭載位置は、ミラー２を少なくとも一軸の回りに回動可能にする位置であればよい。
【００２８】
例えば、光スイッチ１が図１の状態のとき、各ピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の角部とがそれぞれ接触するようにしてもよいし、各ピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の辺部とがそれぞれ接触するようにしてもよい。また、あるピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の角部とが接触する一方で、別のピエゾ素子４の上面とミラー基板７裏面の辺部とが接触するようにしてもよい。
【００２９】
アクチュエータ素子基板５上には、各ピエゾ素子４に電圧をそれぞれ印加して各ピエゾ素子４をそれぞれ駆動するための枠状の駆動回路１１が三つ形成されている。各駆動回路１１には、図示しない外部電源が接続されている。
【００３０】
各駆動回路１１には、各ピエゾ素子４の搭載位置を示すマーカー（図示せず）が形成されている。各ピエゾ素子４は、半田により、マーカーを目印にしてアクチュエータ素子基板５の表面にそれぞれ搭載されて固定される。
【００３１】
ミラー素子基板３とアクチュエータ素子基板５は、シリコン基板なので、例えば、エッチング等の半導体製造技術により、それぞれ容易かつ一体的に作製できる。
【００３２】
本実施の形態の作用を説明する。
【００３３】
各ピエゾ素子４に電圧をそれぞれ印加すると、印加された電圧の大きさに応じて各ピエゾ素子４がそれぞれ伸縮し、ミラー基板７の裏面をそれぞれ押し当てて上げ下げする。このとき、各ピエゾ素子４により、ミラー基板７が水平状態から少なくとも一軸の回りに所定角度回動した状態となり、その状態で保持される。
【００３４】
より詳細に言えば、各ピエゾ素子４の搭載位置により、ミラー基板７を一軸の回りにのみ所定角度回動した状態としたり、ミラー基板７を二軸あるいは三軸などの多軸の回りに所定角度回動した状態としたりすることもできる。
【００３５】
各ピエゾ素子４にそれぞれ印加する電圧を制御すれば、ミラー基板７は少なくとも一軸の回りに任意の角度だけ正確に回動された状態で保持される。これにより、ミラー２の光軸に対する角度を所望の角度に無段階で高精度に変化させることができる。光スイッチ１の切り替え方法については、図７（ａ）、（ｂ）で説明した光スイッチ４１と同じである。
【００３６】
このように本発明に係る光スイッチ１は、ミラー２を回動させるための駆動手段としてピエゾ素子４を用いているので、図４〜図６で説明した従来の光スイッチ４１とは異なり、永久磁石による磁界を必要とせずにミラー２を所望の角度だけ高精度に回動させることができる。したがって、集積化に有利であり、しかも低コストである。また、各ピエゾ素子４によってミラー２を直接動かしているので、切替安定性が高い。
【００３７】
各駆動回路１１は、動作しない部分であるアクチュエータ素子基板５上に形成されているので、光スイッチ４１の配線パターン５２ａ，５２ｂのようにミラーが形成された基板上に混在させる必要がなく、動作する部分であるトーションバー４８，４９に形成する必要がない。このため、駆動回路１１の断線、剥がれなどの問題は起こらず、製品の信頼性が高い。
【００３８】
さらに、ミラー２と各ピエゾ素子４が別個であり、どちらかに不良が発生しても即座に交換することが可能なので、製品の歩留まりを高くすることができる。
【００３９】
本発明に係る光スイッチ１は、上述したように、ミラー２は常に光路上にあり、その角度を任意に変えることによってスイッチングを行っている。すなわち、光スイッチ１では、ミラー２の角度はいくらでも選択できるので、入射光の光路一つに対し、出射光の光路を際限なく選択することが可能である。
【００４０】
このことは、角度の決められたミラーを光路上に移動させることによってスイッチングを行うような光スイッチにおいては、入射光の光路一つに対し、出射光の光路が二つに限られるのに比べると、非常に大きい利点である。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次のような優れた効果を発揮する。
【００４２】
（１）ミラーを回動させる駆動手段としてピエゾ素子を用いることで、低コストで信頼性の高いＭＥＭＳ光スイッチを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適実施の形態を示す斜視図である。
【図２】ミラー素子基板の一例を示す斜視図である。
【図３】アクチュエータ素子基板の一例を示す斜視図である。
【図４】従来の光スイッチの斜視図である。
【図５】従来の光スイッチの回路図である。
【図６】従来の光スイッチの駆動方法を説明する図である。
【図７】光スイッチの使用例を示す概略図である。
【符号の説明】
１　光スイッチ
２　ミラー
３　ミラー素子基板
４　ピエゾ素子（駆動手段）
５　アクチュエータ素子基板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switch used in an optical network system using light as an information transmission medium.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, optical switches (MEMS switches) manufactured using Micro Electro Mechanical System (MEMS), which is a microfabrication technology using a semiconductor manufacturing technology, have been developed. MEMS switches can be formed collectively on a substrate and have a very small scale, so that they are promising as low-cost and high-speed optical switches.
[0003]
As an example of the MEMS switch, there is a conventional optical switch 41 as shown in FIGS. The optical switch 41 reflects the incident light on a mirror 42 rotatably provided on the incident optical path, changes the reflected optical path, and emits the reflected light. The angle of the light with respect to the optical axis is changed to switch the light path.
[0004]
The switching method of the optical switch 41 will be described. As shown in FIG. 7A, first, the light L incident from the collimator array 71a at the upper left of the input port is converted into parallel light by the collimator array 71a. Is reflected by the upper left mirror 42 in the first optical switch array 72a in which a plurality of optical switches 41 are arranged, and the reflected light is reflected by the upper left mirror 42 in the second optical switch array 72b. It is assumed that the light is emitted from the upper left collimator array 71b of the output port.
[0005]
The light is switched, for example, by rotating the upper left mirror 42 of the first optical switch element array 72a and the lower right mirror 42 of the second optical switch element array 72b from the state of FIG. Can be run with Thereby, the channel of the input port and the channel of the output port can be selected and switched. In this case, as shown in FIG. 7B, the light L incident from the upper left collimator array 71a is reflected by the upper left mirror 42 on the first optical switch element array 72a and the second optical switch element array 72b. The light is reflected by the upper right lower mirror 42 and emitted from the lower right collimator array 71b.
[0006]
As shown in FIG. 4, the optical switch 41 is partially isolated from the mirror substrate 43 by a mirror substrate 43 having a mirror 42 formed in the center of the surface and a through hole 44 formed around the mirror substrate 43. The intermediate substrate 45, the outer frame substrate 47 partially isolated from the intermediate substrate 45 by a through hole 46 formed around the intermediate substrate 45, the center of the outer edge of the mirror substrate 43, and the center of the inner edge of the intermediate substrate 45. A pair of torsion bars 48 that are connected and supported and serve as a rotation axis of the mirror substrate 43, and a center of the outer edge of the intermediate substrate 45 and a center of the inner edge of the outer frame substrate 47 are connected and supported in the vertical direction of the pair of torsion bars 48, It consists of a pair of torsion bars 49 serving as a rotation axis of the intermediate substrate 45. The optical switch 41 has a mirror 42 rotatable around two axes.
[0007]
As shown in FIG. 5, a wiring pattern 52a through which a current from a current source 51a outside the optical switch 41 flows is formed on the edge of the surface of the mirror substrate 43. A wiring pattern 52b through which a current from a current source 51b outside the optical switch 41 flows is also formed on the edge of the surface of the intermediate substrate 45.
[0008]
The driving method of the optical switch 41 will be described with reference to FIG. 6. The permanent magnets 61, 61 are arranged on both sides of the optical switch 41 to generate a magnetic field A, and a current is caused to flow through the wiring patterns 52 a, 52 b, A Lorentz force is generated on the mirror substrate 43 and the intermediate substrate 45 from the magnetic field A around the optical switch 41, and the mirror substrate 43 and the intermediate substrate 45 are rotated by a predetermined angle to change the angle of the mirror 42 with respect to the optical axis.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional optical switch 41 requires an external magnetic field A to rotate the mirror 42. For this reason, it is necessary to generate a strong magnetic field A by the permanent magnets 61, 61, or the electromagnetic coil, which is disadvantageous in integration and costs.
[0010]
Also, wiring patterns 52a and 52b for generating Lorentz force around the surfaces of the mirror substrate 43 and the intermediate substrate 45 are required, but the wiring patterns 52a and 52b must also be formed on the torsion bars 48 and 49. . Therefore, the wiring patterns 52a and 52b on the torsion bars 48 and 49 are considerably twisted with the rotation of the mirror substrate 43 and the intermediate substrate 45, so that reliability such as disconnection or peeling of the wiring patterns 52a and 52b is increased. There is also the above problem.
[0011]
Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and to provide a low-cost and highly reliable optical switch.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to achieve the above object, and an optical switch that reflects incident light by a mirror rotatably provided on an incident optical path and changes the reflected optical path to emit light. An optical switch comprising a driving means for pressing the back surface of the mirror at at least three points to rotate the mirror and change the reflected light path.
[0013]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the optical switch according to the first aspect, wherein the driving unit includes a piezo element.
[0014]
The invention according to claim 3 comprises a mirror element substrate having the mirror formed on a front surface thereof, and an actuator element substrate which is superposed on the back surface of the mirror element substrate and has the driving means mounted thereon. Optical switch.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, the mirror element substrate is provided at a central portion thereof, the mirror being formed on the surface of the mirror element substrate, and the mirror substrate is partially formed by a through hole formed around the mirror substrate. 4. The optical switch according to claim 3, further comprising an outer frame substrate separated from the mirror substrate, and a supporting portion for partially connecting and supporting the outer frame substrate and the mirror substrate.
[0016]
The invention according to claim 5 is the optical switch according to claim 4, wherein the support portion is formed in a meandering shape.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0018]
FIG. 1 is a perspective view showing an optical switch according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of the mirror element substrate. FIG. 3 is a perspective view showing an example of the actuator element substrate.
[0019]
As shown in FIGS. 1 to 3, an optical switch 1 according to the present invention is a MEMS optical switch in which a mirror 2 is formed on a silicon substrate so as to be rotatable on an incident optical path. The formed mirror element substrate 3 and the back surface of the mirror element substrate 3 are superimposed, and the back surface of the mirror 2 is pressed to rotate the mirror 2 by at least a predetermined angle around at least one axis, and to rotate the mirror 2. It comprises an actuator element substrate 5 on which three piezo elements 4 are mounted as driving means for changing the reflected light path while holding the actuator at a position.
[0020]
FIG. 1 shows a state where the optical switch 1 is not driven, that is, a state where each piezo element 4 is not expanded and contracted and the mirror 2 (a mirror substrate 7 described later) is horizontal.
[0021]
In the present embodiment, the mirror element substrate 3 is formed in a rectangular shape. The actuator element substrate 5 is formed in a table shape by forming rectangular pillars 6 for supporting the mirror element substrate 3 at four corners of the surface thereof, and is formed in a table shape. The actuator element substrate 5 is overlapped with the mirror element substrate 3 with the table turned upside down. It has become so. As the mirror element substrate 3 and the actuator element substrate 5, for example, a silicon substrate is used. For example, a columnar element is used as the piezo element 4.
[0022]
Markers (not shown) for aligning the substrates 3 and 5 are formed on the corners on the back surface of the mirror element substrate 3 and on the surfaces of the columns 6 of the actuator element substrate 5. The mirror element substrate 3 and the actuator element substrate 5 are joined to each other by soldering or the like with a marker as a mark.
[0023]
The mirror element substrate 3 is provided at a central portion thereof and has a mirror 2 formed on the surface thereof, and a trapezoidal through hole 8 formed around the mirror substrate 7 partially overlaps the mirror substrate 7. It comprises an isolated outer frame substrate 9 and a support portion 10 for connecting and supporting an inner edge corner of the outer frame substrate 9 and an outer edge corner of the mirror substrate 2.
[0024]
The mirror 2 is formed, for example, by depositing gold on the surface of the mirror substrate 7. The use of gold results in a thin and stable mirror. Each support part 10 is formed in a meandering shape with a corner so that expansion and contraction is easy. The mirror substrate 7 and the outer frame substrate 9 are connected and supported by the respective support portions 10, so that the mirror substrate 7 is easily displaced with respect to the outer frame substrate 9.
[0025]
In this embodiment, three piezo elements 4 are mounted on the actuator element substrate 5, and the mirror 2 is rotated by pressing the back surface of the mirror substrate 7 with each piezo element 4. 4 may be at least three, in other words, the back surface of the mirror substrate 7 may be pressed and rotated at three points. This is because the point of changing the angle of the mirror 2 with respect to the optical axis with high accuracy and stability and the point of reducing the power consumption of the optical switch 1 are considered.
[0026]
For example, if the sides of the back surface of the mirror substrate 7 are pressed and raised and lowered by the two piezo elements 4 respectively, the mirrors of the back surface of the mirror substrate 7 are pressed and raised and lowered by one piezo element 4 compared to the mirror. The angle with respect to the optical axis 2 can be stably changed with higher accuracy, and the power consumption can be reduced.
[0027]
The present invention is not limited to the mounting position of each piezo element 4. The mounting position of each piezo element 4 may be any position at which the mirror 2 can be rotated at least around one axis.
[0028]
For example, when the optical switch 1 is in the state shown in FIG. 1, the upper surface of each piezo element 4 may come into contact with the corner of the back surface of the mirror substrate 7, or the upper surface of each piezo element 4 and the back surface of the mirror substrate 7 May contact each other. Further, the upper surface of a certain piezo element 4 may be in contact with the corner of the back surface of the mirror substrate 7, while the upper surface of another piezo element 4 may be in contact with the side portion of the back surface of the mirror substrate 7.
[0029]
On the actuator element substrate 5, three frame-shaped drive circuits 11 for applying a voltage to each piezo element 4 and driving each piezo element 4 are formed. An external power supply (not shown) is connected to each drive circuit 11.
[0030]
Each drive circuit 11 is provided with a marker (not shown) indicating the mounting position of each piezo element 4. Each piezo element 4 is mounted and fixed on the surface of the actuator element substrate 5 with a marker as a mark by soldering.
[0031]
Since the mirror element substrate 3 and the actuator element substrate 5 are silicon substrates, the mirror element substrate 3 and the actuator element substrate 5 can be easily and integrally manufactured by a semiconductor manufacturing technique such as etching.
[0032]
The operation of the present embodiment will be described.
[0033]
When a voltage is applied to each piezo element 4, each piezo element 4 expands and contracts in accordance with the magnitude of the applied voltage, and the back surface of the mirror substrate 7 is pressed and raised and lowered. At this time, the mirror substrate 7 is turned by at least a predetermined angle around at least one axis from the horizontal state by each piezo element 4, and is held in that state.
[0034]
More specifically, depending on the mounting position of each piezo element 4, the mirror substrate 7 can be turned only a predetermined angle around one axis, or the mirror substrate 7 can be rotated around a plurality of axes such as two axes or three axes. It can also be in a state of being rotated by an angle.
[0035]
If the voltage applied to each piezo element 4 is controlled, the mirror substrate 7 is held in a state where it is accurately rotated by an arbitrary angle around at least one axis. Thereby, the angle of the mirror 2 with respect to the optical axis can be changed to a desired angle steplessly and with high precision. The switching method of the optical switch 1 is the same as that of the optical switch 41 described with reference to FIGS.
[0036]
As described above, the optical switch 1 according to the present invention uses the piezo element 4 as a driving unit for rotating the mirror 2, and thus differs from the conventional optical switch 41 described with reference to FIGS. The mirror 2 can be rotated by a desired angle with high accuracy without requiring a magnetic field by a magnet. Therefore, it is advantageous for integration and at low cost. Further, since the mirror 2 is directly moved by each piezo element 4, the switching stability is high.
[0037]
Since each drive circuit 11 is formed on the actuator element substrate 5 which is a non-operating portion, there is no need to mix them on a mirror-formed substrate like the wiring patterns 52a and 52b of the optical switch 41. It is not necessary to form the torsion bars 48, 49, which are the portions to be formed. Therefore, problems such as disconnection and peeling of the drive circuit 11 do not occur, and the reliability of the product is high.
[0038]
Further, since the mirror 2 and each piezo element 4 are separate and can be replaced immediately even if a defect occurs in one of them, the product yield can be increased.
[0039]
As described above, in the optical switch 1 according to the present invention, the mirror 2 is always on the optical path, and switching is performed by arbitrarily changing the angle. That is, in the optical switch 1, any angle of the mirror 2 can be selected, so that the optical path of the outgoing light can be selected without limit for one optical path of the incident light.
[0040]
This is compared with the case where an optical switch that performs switching by moving a mirror having an angle determined on the optical path is limited to two optical paths for outgoing light for one optical path for incident light. And that is a very big advantage.
[0041]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, the present invention exerts the following excellent effects.
[0042]
(1) A low-cost and highly reliable MEMS optical switch can be realized by using a piezo element as a driving unit for rotating a mirror.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating an example of a mirror element substrate.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of an actuator element substrate.
FIG. 4 is a perspective view of a conventional optical switch.
FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional optical switch.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional optical switch driving method.
FIG. 7 is a schematic diagram illustrating an example of use of an optical switch.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 1 optical switch 2 mirror 3 mirror element substrate 4 piezo element (driving means)
5 Actuator element substrate

Claims

The incident light is reflected by a mirror rotatably provided on the incident optical path, and in an optical switch that emits light by changing the reflected optical path, the rear surface of the mirror is pressed against at least three points or more to push the mirror. An optical switch, comprising: driving means for rotating the reflected light path to change the reflected light path.

2. The optical switch according to claim 1, wherein said driving means comprises a piezo element.

3. The optical switch according to claim 1, further comprising: a mirror element substrate having the mirror formed on a front surface thereof; and an actuator element substrate having the driving means mounted thereon, the actuator element substrate being superposed on the back surface of the mirror element substrate.

The mirror element substrate is provided at a central portion thereof and has a mirror formed on a surface thereof, and an outer frame substrate partially separated from the mirror substrate by a through hole formed around the mirror substrate. 4. The optical switch according to claim 3, further comprising: a support portion that partially connects and supports the outer frame substrate and the mirror substrate.

The optical switch according to claim 4, wherein the support portion is formed in a meandering shape.