JP2006343555A - Light switch - Google Patents

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Ryokichi Baba
亮吉 馬場
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Hitachi Cable Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light switch which has an excellent reproducibility of mirror angle and is easily controlled. <P>SOLUTION: The light switch reflects incident light on a mirror face 1 to emit the light, the mirror face 1 is formed on the surface of a deformable film 2 deformable in the film thickness direction so that the incident and emitting angles are varied according to the deformed state of the deformable film 2. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、ミラーを用いた光スイッチに係り、ミラー角度の再現性が良く、制御が簡単な光スイッチに関する。   The present invention relates to an optical switch using a mirror, and more particularly to an optical switch with good mirror angle reproducibility and easy control.

近年のインターネットの普及に伴い、光通信網の高速化・大容量化はめざましく進んでいる。光伝送容量を増加させる方法として、波長分割多重(WDM;Wavelength Division Multiplexing)通信方式の導入が活発に行われた。それに伴い、波長依存性の少ない光スイッチが要求され、光信号を電気信号に変換することなく光信号のままスイッチングを行う光アドドロップ(OADM;Optical Add/Drop Multiplexing)や光クロスコネクト(OXC;Optical Cross Connect)への期待が高まった。   With the spread of the Internet in recent years, the speed and capacity of optical communication networks have been remarkably advanced. As a method for increasing the optical transmission capacity, a wavelength division multiplexing (WDM) communication system has been actively introduced. Accordingly, an optical switch with less wavelength dependence is required, and optical add / drop multiplexing (OADM) or optical cross-connect (OXC) that switches an optical signal as it is without converting the optical signal into an electrical signal. Expectations for Optical Cross Connect have increased.

これらの基本要素を集積化して一括加工できるMEMS(Micro Electro Mechanical System)方式が注目されている。MEMS技術を用いると、半導体の集積回路の加工技術をもとにした立体的な微細加工により、小型システムを集積化できる。MEMS型光スイッチの光学特性は、導波路型光スイッチに比べて消光比が高く、波長依存性がないといった特徴がある。また、小型高密度化、大規模化、非閉塞型化、ミラー角度を自己保持する低電力型化についても期待されている。   A MEMS (Micro Electro Mechanical System) system in which these basic elements can be integrated and collectively processed has attracted attention. When the MEMS technology is used, a small system can be integrated by three-dimensional microfabrication based on a semiconductor integrated circuit processing technology. The optical characteristics of the MEMS optical switch are characterized by a high extinction ratio and no wavelength dependence compared to the waveguide optical switch. In addition, there are expectations for downsizing, high-density, large-scale, non-blocking type, and low-power type that can self-hold the mirror angle.

これらを意図した非閉塞型マトリクス光スイッチが特許文献1、特許文献2に記載されている。   Non-blocking matrix optical switches intended for these are described in Patent Document 1 and Patent Document 2.

図5に示されるように、背景技術の光スイッチは、MEMS技術を用いて4個の可動ミラー501を形成したミラーベース502を基板503上に2つ立てたものである。それぞれのミラーベース502は、基板503に対して垂直であり、互いに対して平行である。光ファイバ504を接続した4心の光ファイバアレイ505に信号光を空間に平行光として飛ばすためのマイクロレンズ506を装着して形成した光入出力ポート507を基板503上に2つ配置してある。これら光入出力ポート507は、2つのミラーベース502を挟んで対面する。各可動ミラー501に磁場をかけるために2つのミラーベース502を挟む2つの永久磁石508を適宜な角度で配置してある。   As shown in FIG. 5, the optical switch of the background art is one in which two mirror bases 502 on which four movable mirrors 501 are formed on a substrate 503 by using MEMS technology. Each mirror base 502 is perpendicular to the substrate 503 and parallel to each other. Two optical input / output ports 507 formed by mounting a microlens 506 for flying signal light as parallel light in a space to a four-fiber array 505 connected with optical fibers 504 are arranged on a substrate 503. . These light input / output ports 507 face each other with the two mirror bases 502 interposed therebetween. In order to apply a magnetic field to each movable mirror 501, two permanent magnets 508 sandwiching two mirror bases 502 are arranged at an appropriate angle.

一方の光入出力ポート507から入射した信号光は、その入射側のミラーベース502内の可動ミラー501で反射して出射側のミラーベース502内のいずれかの可動ミラー501で反射して他方の光入出力ポート507から出射される。その際、可動ミラー501の角度を調整することで、信号光が出射される光ファイバ504を切り換えることができる。光路509の一例を点線で示してある。   The signal light incident from one light input / output port 507 is reflected by the movable mirror 501 in the incident-side mirror base 502 and reflected by one of the movable mirrors 501 in the output-side mirror base 502 and the other. The light is output from the optical input / output port 507. At that time, the optical fiber 504 from which the signal light is emitted can be switched by adjusting the angle of the movable mirror 501. An example of the optical path 509 is indicated by a dotted line.

図6に示されるように、個々の可動ミラー501は、X軸及びY軸について回動できるようジンバル構造で支持されている。可動ミラー501が形成されているY軸回動部601は、そのY軸回動部601の周囲に離れて設けたX軸回動部602からY軸に位置する2本のポリイミド製のトーションバー603を介して支持されている。可動ミラー501となる鏡面はAuの薄膜で形成されている。その可動ミラー501を囲むようにY軸回動部601にはCuめっき製の微細コイル604が形成されている。可動ミラー501を無電力状態で所定のY軸回り角度に保持するためのラッチ機構605がX軸回動部602に設けられている。   As shown in FIG. 6, each movable mirror 501 is supported by a gimbal structure so that it can rotate about the X axis and the Y axis. The Y-axis rotation unit 601 on which the movable mirror 501 is formed has two polyimide torsion bars located on the Y-axis from the X-axis rotation unit 602 provided away from the periphery of the Y-axis rotation unit 601. 603 is supported. The mirror surface that becomes the movable mirror 501 is formed of a thin film of Au. A fine coil 604 made of Cu plating is formed on the Y-axis rotating portion 601 so as to surround the movable mirror 501. A latch mechanism 605 for holding the movable mirror 501 at a predetermined angle around the Y-axis in a non-powered state is provided in the X-axis rotation unit 602.

X軸回動部602は、そのX軸回動部602の周囲に離れて設けたミラーベース502からX軸に位置する2本のポリイミド製のトーションバー606を介して支持されている。X軸回動部602の外周部にはCuめっき製の微細コイル607が形成されている。可動ミラー501を無電力状態で所定のX軸回り角度に保持するためのラッチ機構608がミラーベース502に設けられている。   The X-axis rotation unit 602 is supported by two polyimide torsion bars 606 located on the X-axis from a mirror base 502 provided around the X-axis rotation unit 602. A fine coil 607 made of Cu plating is formed on the outer periphery of the X-axis rotation unit 602. The mirror base 502 is provided with a latch mechanism 608 for holding the movable mirror 501 at a predetermined angle around the X axis in a non-powered state.

図7により動作を説明する。2つの永久磁石508間に形成された磁場B中において、微細コイル604,607(本図ではY軸回動部601,X軸回動部602全面をコイルとしている)に電流iを流すと、それぞれの微細コイル604,607にローレンツ力Fが生じる。   The operation will be described with reference to FIG. In the magnetic field B formed between the two permanent magnets 508, when a current i is passed through the fine coils 604 and 607 (the Y-axis rotating portion 601 and the X-axis rotating portion 602 are the entire surface in this figure), Lorentz force F is generated in each of the fine coils 604 and 607.

F=B×i
このローレンツ力FによりY軸回動部601及びX軸回動部602が回動する。そのときにトーションバー603,606にはねじりの反力が発生するので、ローレンツ力Fと反力との釣り合いでY軸回動部601及びX軸回動部602の回動角が決まる。よって、各々の微細コイル604,607に流す電流iを変化させれば可動ミラー501の角度を任意の角度に制御することができる。
F = B × i
By this Lorentz force F, the Y-axis rotation unit 601 and the X-axis rotation unit 602 rotate. At that time, a torsional reaction force is generated in the torsion bars 603 and 606, and the rotation angles of the Y-axis rotation unit 601 and the X-axis rotation unit 602 are determined by the balance between the Lorentz force F and the reaction force. Therefore, the angle of the movable mirror 501 can be controlled to an arbitrary angle by changing the current i flowing through the fine coils 604 and 607.

特開2002−31767号公報JP 2002-31767 A 特開2003−329948号公報JP 2003-329948 A

背景技術では可動ミラーがトーションバーで支持され、トーションバーにはねじりの反力が生じた。しかし、トーションバーには塑性変形も生じるため、可動ミラーの角度に再現性を求めることは困難である。   In the background art, the movable mirror is supported by a torsion bar, and a torsional reaction force is generated in the torsion bar. However, since a plastic deformation also occurs in the torsion bar, it is difficult to obtain reproducibility for the angle of the movable mirror.

また、可動ミラーの角度を正確に制御するためには、可動ミラーの角度を検知して、その検知した角度情報を電流iにフィードバックしてずれ量を補正する必要がある。しかし、従来は、可動ミラーの角度検知に光を使用しており、この角度検知を含めた可動ミラー制御系が複雑になるという問題がある。   In addition, in order to accurately control the angle of the movable mirror, it is necessary to detect the angle of the movable mirror and feed back the detected angle information to the current i to correct the shift amount. However, conventionally, light is used for angle detection of the movable mirror, and there is a problem that the movable mirror control system including this angle detection becomes complicated.

このほかにも、MEMS技術で背景技術の光スイッチを製造する場合、トーションバーの反力に抗してX軸、Y軸の回動部を回動させるには、単位面積あるいは単位体積あたりのパワーが不足するという問題がある。   In addition to this, when manufacturing the optical switch of the background art by the MEMS technology, in order to rotate the X-axis and Y-axis rotating parts against the reaction force of the torsion bar, the unit area or unit volume is required. There is a problem of lack of power.

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ミラー角度の再現性が良く、制御が簡単な光スイッチを提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an optical switch that solves the above-described problems, has a good mirror angle reproducibility, and is easy to control.

上記目的を達成するために本発明は、入射した光を鏡面で反射して出射する光スイッチにおいて、上記鏡面を膜厚方向に変形可能な変形膜の表面に形成し、上記変形膜の変形状態に応じて光の入出射角度が異なるようにしたものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides an optical switch that reflects incident light by a mirror surface and emits it, and the mirror surface is formed on the surface of a deformable film that can be deformed in the film thickness direction. The incident / exit angles of light differ according to the above.

上記変形膜の変形状態は、上記鏡面が凸になる凸状態と上記鏡面が凹になる凹状態の少なくとも2つの状態があってもよい。   The deformation state of the deformation film may include at least two states, a convex state where the mirror surface is convex and a concave state where the mirror surface is concave.

圧力容器に貫通穴を形成し、その貫通穴を上記変形膜で覆い、上記圧力容器内の圧力を変化させることで上記変形膜を変形させてもよい。   A through hole may be formed in the pressure vessel, the through hole may be covered with the deformation membrane, and the deformation membrane may be deformed by changing the pressure in the pressure vessel.

上記鏡面を第一の電極とし、この電極に対向する第二の電極を設け、これら第一、第二電極間の静電容量から上記変形膜の変形状態を検出するようにしてもよい。   The mirror surface may be a first electrode, a second electrode facing the electrode may be provided, and the deformation state of the deformation film may be detected from the capacitance between the first and second electrodes.

上記鏡面への入射光路は、上記変形膜が一方向に最も変形した状態のときの上記鏡面の一点と、上記変形膜が反対方向に最も変形した状態のときの上記鏡面の他点とを結ぶ線上にあってもよい。   The incident optical path to the mirror surface connects one point of the mirror surface when the deformation film is most deformed in one direction and the other point of the mirror surface when the deformation film is most deformed in the opposite direction. It may be on the line.

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。   The present invention exhibits the following excellent effects.

(1)トーションバーを用いる背景技術に比べてミラー角度の再現性が良い。   (1) The reproducibility of the mirror angle is better than the background technology using a torsion bar.

(2)ミラー角度を光学検知する背景技術に比べて制御が簡単である。   (2) Control is simpler than the background art in which the mirror angle is optically detected.

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図1に示されるように、本発明に係る光スイッチは、入射した光を鏡面1で反射して出射するものである。この実施形態では鏡面1はドーム状に膨らんでおり、鏡面1の正面から見て円形である。図示のように、複数の鏡面1を縦横に並べてアレイ状に配置するとよい。本発明では、各鏡面1を駆動するアクチュエータが鏡面1を配置した面に現れないので、配置密度を高めることができる。例えば、鏡面1の直径は500μmである。入射した光(入射信号光)Liは、鏡面1の接線Aに対する入射角と出射角が等しくなるように反射して出射信号光Loとなる。なお、説明を簡単にするため、入射信号光Liが鏡面1の中心に入射し、接線Aが鏡面1の周の円の直径と平行になっているものとする。   As shown in FIG. 1, the optical switch according to the present invention reflects incident light by a mirror surface 1 and emits it. In this embodiment, the mirror surface 1 swells like a dome, and is circular when viewed from the front of the mirror surface 1. As shown in the drawing, a plurality of mirror surfaces 1 may be arranged in an array in the vertical and horizontal directions. In the present invention, since the actuator that drives each mirror surface 1 does not appear on the surface on which the mirror surface 1 is arranged, the arrangement density can be increased. For example, the mirror surface 1 has a diameter of 500 μm. The incident light (incident signal light) Li is reflected so that the incident angle and the outgoing angle with respect to the tangent A of the mirror surface 1 are equal to each other to become outgoing signal light Lo. For simplicity of explanation, it is assumed that the incident signal light Li is incident on the center of the mirror surface 1 and the tangent line A is parallel to the diameter of the circle around the mirror surface 1.

図2の各図は、鏡面を接線Aに沿った断面で示したものである。図2(a)に示されるように、本発明に係る光スイッチは、鏡面1を膜厚方向に変形可能な変形膜2の表面に形成し、この変形膜2の変形状態に応じて光の入出射角度が異なるようにしたものである。鏡面1はAuの薄膜からなり、変形膜2はPoly−Siの薄膜からなる。鏡面1と変形膜2との間に密着層3としてCrの薄膜が設けられる。これら薄膜の3層構造により変形可能なミラー4が形成されている。この実施形態では、鏡面1は図1で説明したように正面から見て円形であり、図2(a)のように断面で見ると円弧状となる。つまり、ミラー4はドーム状に形成されている。ミラー4の周辺部は支持体5に固定されている。従って、ミラー4の変形は中心部に顕著に生じ、周辺部に近づくほど小さく生じるようになっている。   Each drawing in FIG. 2 shows a mirror surface in a cross section along a tangent line A. As shown in FIG. 2 (a), the optical switch according to the present invention has a mirror surface 1 formed on the surface of a deformation film 2 that can be deformed in the film thickness direction, and the light switch according to the deformation state of the deformation film 2. The incident and outgoing angles are different. The mirror surface 1 is made of an Au thin film, and the deformation film 2 is made of a Poly-Si thin film. A Cr thin film is provided as an adhesion layer 3 between the mirror surface 1 and the deformation film 2. A deformable mirror 4 is formed by the three-layer structure of these thin films. In this embodiment, the mirror surface 1 is circular when viewed from the front as described in FIG. 1, and is circular when viewed in cross section as shown in FIG. That is, the mirror 4 is formed in a dome shape. The periphery of the mirror 4 is fixed to the support 5. Therefore, the deformation of the mirror 4 is conspicuously generated in the central portion, and is smaller as it approaches the peripheral portion.

変形膜2の変形状態には、図2(a)のように鏡面1が凸になる凸状態、図2(c)のように鏡面1が凹になる凹状態、図2(b)のように鏡面1が平坦な状態などがある。ここでは、変形膜2が一方向に最も変形した状態である凸状態と、変形膜2が反対方向に最も変形した状態である凹状態との2状態を光路切替に使用する。図2(b)のような過渡的な状態よりも、凸状態や凹状態は安定に制御することが容易だからである。なお、図2では、変形膜2を変形駆動するアクチュエータを明らかにしていないが、適宜なアクチュエータを構成することにより、駆動力のかかっていない初期状態を凸状態とし、駆動力をかけて十分に変形させた状態を凹状態としてもよいし、逆に駆動力のかかっていない初期状態を凹状態とし、駆動力をかけて十分に変形させた状態を凸状態としてもよい。あるいは凸状態と凹状態とをともに初期状態とし、過渡状態のみ駆動力をかけるようにしてもよい。   The deformation state of the deformable film 2 includes a convex state in which the mirror surface 1 is convex as shown in FIG. 2A, a concave state in which the mirror surface 1 is concave as shown in FIG. 2C, and a state as shown in FIG. The mirror surface 1 is flat. Here, the two states of the convex state where the deformable film 2 is most deformed in one direction and the concave state where the deformable film 2 is most deformed in the opposite direction are used for optical path switching. This is because it is easier to stably control the convex state and the concave state than the transitional state as shown in FIG. In FIG. 2, the actuator that drives the deformation film 2 to be deformed is not clarified, but by configuring an appropriate actuator, the initial state where no driving force is applied is changed to a convex state, and the driving force is sufficiently applied. The deformed state may be a concave state, or the initial state where no driving force is applied may be a concave state, and the sufficiently deformed state by applying a driving force may be a convex state. Alternatively, both the convex state and the concave state may be set to the initial state, and the driving force may be applied only in the transient state.

さて、図2(a)に示されるように、凸状態において鏡面の一点である頂点26に入射信号光Liが入射するようにしてある。この入射信号光Liの光路は、不動であるものとする。このとき、入射信号光Liは、鏡面1の接線に対する入射角と出射角が等しくなるように反射して出射信号光Lo1となる。鏡面1の接線の傾斜がミラー角度ということができる。   Now, as shown in FIG. 2A, the incident signal light Li is incident on the vertex 26, which is one point on the mirror surface in the convex state. The optical path of the incident signal light Li is assumed to be stationary. At this time, the incident signal light Li is reflected so that the incident angle and the outgoing angle with respect to the tangent to the mirror surface 1 are equal to each other to become the outgoing signal light Lo1. The inclination of the tangent to the mirror surface 1 can be referred to as the mirror angle.

次に、図2(c)に示されるように、変形膜2を凹状態に変形する。これによりミラー4は逆ドーム状になる。入射信号光Liの光路は不動であるから、凹状態における入射信号光Liは、頂点26(図2(a))がなくなったことにより、さらに直進し、ミラー4の周辺部に近い点27に入射する。この点27における鏡面1の接線の傾斜(ミラー角度)は頂点26における接線の傾斜と異なるので、入射信号光Liが接線に対する入射角と出射角が等しくなるように反射すると、その出射信号光Lo2は出射信号光Lo1とは異なる角度に進む。このようにして、光路が切り換えられる。   Next, as shown in FIG. 2C, the deformation film 2 is deformed into a concave state. Thereby, the mirror 4 becomes an inverted dome shape. Since the optical path of the incident signal light Li does not move, the incident signal light Li in the concave state further advances straight due to the disappearance of the apex 26 (FIG. 2A), and reaches a point 27 near the periphery of the mirror 4. Incident. Since the tangential slope (mirror angle) of the mirror surface 1 at this point 27 is different from the tangential slope at the vertex 26, when the incident signal light Li is reflected so that the incident angle and the outgoing angle with respect to the tangential line are equal, the outgoing signal light Lo2 is reflected. Advances at an angle different from that of the outgoing signal light Lo1. In this way, the optical path is switched.

以上のように、図2の形態では、ドーム状のミラー4を膜厚方向に変形させるので、トーションバーのような塑性変形を伴わない変形が実現される。塑性変形がないので、変形を繰り返しても同じ駆動力によって同じ大きさの変形が再現できる。従って、ミラー角度の再現性が得られる。   As described above, in the embodiment of FIG. 2, the dome-shaped mirror 4 is deformed in the film thickness direction, so that deformation without plastic deformation such as a torsion bar is realized. Since there is no plastic deformation, even if the deformation is repeated, the same magnitude of deformation can be reproduced with the same driving force. Therefore, reproducibility of the mirror angle can be obtained.

図3を用いてアクチュエータの説明をする。図3(a)に示されるように、圧力容器31に貫通穴32を形成し、その貫通穴32を図2で説明した変形膜2で覆う。圧力容器31は、流体通路33があるほかは密封されている。流体通路33には、図示しない加圧・減圧可能な圧力源、切り換えバルブなどが接続され、空気等の圧力流体が導入・排出可能になっている。圧力容器31自体は内圧によらず変形しない程度に剛性があることは言うまでもない。これに対し、変形膜2は適宜な可撓性あるいは弾性を有することにより変形可能である。したがって、圧力容器31内の圧力を変化させることで変形膜2を変形させることができる。   The actuator will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, a through hole 32 is formed in the pressure vessel 31, and the through hole 32 is covered with the deformation film 2 described in FIG. The pressure vessel 31 is sealed except for the fluid passage 33. The fluid passage 33 is connected to a pressure source (not shown) that can be pressurized and depressurized, a switching valve, and the like, so that pressure fluid such as air can be introduced and discharged. Needless to say, the pressure vessel 31 is rigid enough not to be deformed regardless of the internal pressure. On the other hand, the deformable membrane 2 can be deformed by having appropriate flexibility or elasticity. Therefore, the deformation membrane 2 can be deformed by changing the pressure in the pressure vessel 31.

変形膜2の変形状態に注目すると、図3(a)は図2(a)で説明した凸状態に相当する。このとき変形膜2が駆動力のかかっていない初期状態とし、圧力容器31の内圧をP0とする。一方、図3(b)は図2(c)で説明した凹状態に相当する。このときも変形膜2が駆動力のかかっていない初期状態とし、圧力容器31の内圧をP1とする。P0>P1である。また、雰囲気圧力は大気圧とすると、P0>大気圧>P1である。   When attention is paid to the deformation state of the deformation film 2, FIG. 3A corresponds to the convex state described with reference to FIG. At this time, the deformation membrane 2 is in an initial state where no driving force is applied, and the internal pressure of the pressure vessel 31 is P0. On the other hand, FIG. 3B corresponds to the concave state described in FIG. Also at this time, the deformation membrane 2 is in an initial state where no driving force is applied, and the internal pressure of the pressure vessel 31 is set to P1. P0> P1. If the atmospheric pressure is atmospheric pressure, P0> atmospheric pressure> P1.

さて、図3(a)に示されるように、圧力容器31の内圧がP0で変形膜2が凸状態であって駆動力のかかっていない初期状態のとき、流体通路33を介して内圧がP1になるよう減圧したとする。大気圧>P1であるから変形膜2は貫通穴32に押し込まれて図3(b)の凹状態に変化する。この後、減圧駆動を停止したとしても圧力容器31の内圧はP1に保たれるので、凹状態が維持される。   Now, as shown in FIG. 3A, when the internal pressure of the pressure vessel 31 is P0 and the deformable membrane 2 is in a convex state and no driving force is applied, the internal pressure is P1 through the fluid passage 33. Suppose the pressure is reduced to Since the atmospheric pressure> P1, the deformation film 2 is pushed into the through hole 32 and changes to the concave state of FIG. After that, even if the decompression drive is stopped, the internal pressure of the pressure vessel 31 is maintained at P1, so that the concave state is maintained.

図3(b)に示されるように、圧力容器31の内圧がP1で変形膜2が凹状態であって駆動力のかかっていない初期状態のとき、流体通路33を介して内圧がP0になるように加圧したとする。P0>大気圧であるから変形膜2は貫通穴32の外に膨らみ図3(a)の凸状態に変化する。この後、加圧駆動を停止したとしても圧力容器31の内圧はP0に保たれるので、凸状態が維持される。   As shown in FIG. 3B, when the internal pressure of the pressure vessel 31 is P1 and the deformable membrane 2 is in a concave state and no driving force is applied, the internal pressure becomes P0 via the fluid passage 33. It is assumed that pressure is applied. Since P0> atmospheric pressure, the deformable membrane 2 bulges out of the through hole 32 and changes to the convex state of FIG. Thereafter, even if the pressurization driving is stopped, the internal pressure of the pressure vessel 31 is maintained at P0, so that the convex state is maintained.

このように、本発明では変形膜2の変形が膜厚方向であるため、変形膜2を変形させる力として流体圧を用いることができる。そして、そのアクチュエータは、鏡面1の裏側のみに配置することができる。これにより、光路が通っている空間には、アクチュエータ用の構造物や鏡面を支持する構造物がなくなり、光学系が簡素化される。   Thus, in the present invention, since the deformation of the deformation film 2 is in the film thickness direction, fluid pressure can be used as a force for deforming the deformation film 2. The actuator can be arranged only on the back side of the mirror surface 1. As a result, the structure for the actuator and the structure for supporting the mirror surface are eliminated in the space through which the optical path passes, and the optical system is simplified.

また、本発明の光スイッチはMEMS技術で製造することになるが、流体圧で変形膜2を変形させるようにしたので、単位面積あるいは単位体積あたりのパワー不足の問題も生じない。   Further, although the optical switch of the present invention is manufactured by the MEMS technology, since the deformable film 2 is deformed by the fluid pressure, there is no problem of insufficient power per unit area or unit volume.

さらに、図示しなかったアクチュエータの駆動源(圧力源、切り換えバルブなど)はミラー4とは直接関わりのない場所に設けることができる。これにより光スイッチの構造が簡素化され、メンテナンスや故障時の対応が行いやすいという利点がある。   Furthermore, the actuator drive source (pressure source, switching valve, etc.) not shown in the figure can be provided in a place not directly related to the mirror 4. As a result, the structure of the optical switch is simplified, and there is an advantage that it is easy to cope with maintenance and failure.

次に、状態検出について図4を用いて説明する。図4(a)を見れば分かるように、この実施形態は、図3のアクチュエータを用いたものに適用してある。ここでは、金属でできている鏡面1を第一の電極41とし、この電極41に対向する第二の電極42を設けてある。つまり、第二の電極42は、圧力容器31の底面に設けてある。図4(a)が凸状態、図4(b)が凹状態に相当することは説明するまでもない。一般に電極間の静電容量Cは、電極間媒体の誘電率ε、電極間隔d、電極面積Sの関数であり、電極が平行平板のとき、
C=εS/d
となる。第一の電極41と第二電極42との間に生じる静電容量も上式にほぼ準じる。第一の電極41と第二電極42との電極間隔がd0からd1に変化すると、それに伴い静電容量も変化する。よって、静電容量から変形膜2の変形状態を検出することができる。
Next, state detection will be described with reference to FIG. As can be seen from FIG. 4A, this embodiment is applied to the one using the actuator of FIG. Here, the mirror surface 1 made of metal is used as the first electrode 41, and the second electrode 42 facing the electrode 41 is provided. That is, the second electrode 42 is provided on the bottom surface of the pressure vessel 31. Needless to say, FIG. 4A corresponds to the convex state and FIG. 4B corresponds to the concave state. In general, the capacitance C between the electrodes is a function of the dielectric constant ε of the interelectrode medium, the electrode interval d, and the electrode area S. When the electrodes are parallel plates,
C = εS / d
It becomes. The electrostatic capacitance generated between the first electrode 41 and the second electrode 42 also substantially conforms to the above formula. When the electrode interval between the first electrode 41 and the second electrode 42 changes from d0 to d1, the capacitance also changes accordingly. Therefore, the deformation state of the deformation film 2 can be detected from the capacitance.

検出した静電容量を印加する流体圧にフィードバックすることにより、所望した変形量を正確に制御することができる。この制御は、背景技術の光学的角度検知に基づく制御よりも簡単である。なお、静電容量によるフィードバック制御を実施するに際して、静電容量、変形膜の変形量、流体圧(圧力容器内圧)、ミラー角度の相関関係をあらかじめ計測しておき、そのデータに基づいて制御量を校正しておくとよい。   The desired amount of deformation can be accurately controlled by feeding back the detected capacitance to the fluid pressure to which it is applied. This control is simpler than the control based on the optical angle detection of the background art. When performing feedback control using electrostatic capacity, the correlation between the electrostatic capacity, the deformation amount of the deformation film, the fluid pressure (pressure vessel internal pressure), and the mirror angle is measured in advance, and the control amount is determined based on the data. Should be calibrated.

本発明の一実施形態を示す光スイッチの鏡面の外観図である。It is an external view of the mirror surface of the optical switch which shows one Embodiment of this invention. (a)〜(c)は本発明の一実施形態を示す光スイッチの鏡面の断面図である。(A)-(c) is sectional drawing of the mirror surface of the optical switch which shows one Embodiment of this invention. (a),(b)は本発明の一実施形態を示す光スイッチの断面図である。(A), (b) is sectional drawing of the optical switch which shows one Embodiment of this invention. (a),(b)は本発明の一実施形態を示す光スイッチの断面図である。(A), (b) is sectional drawing of the optical switch which shows one Embodiment of this invention. 背景技術の光スイッチの斜視図である。It is a perspective view of the optical switch of background art. 図5の光スイッチの可動ミラーの拡大正面図である。It is an enlarged front view of the movable mirror of the optical switch of FIG. 背景技術の光スイッチの動作原理図である。It is an operation | movement principle figure of the optical switch of background art.

符号の説明Explanation of symbols

1 鏡面
2 変形膜
31 圧力容器
32 貫通穴
41 第一電極
42 第二電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mirror surface 2 Deformation film 31 Pressure vessel 32 Through-hole 41 First electrode 42 Second electrode

Claims (5)

入射した光を鏡面で反射して出射する光スイッチにおいて、上記鏡面を膜厚方向に変形可能な変形膜の表面に形成し、上記変形膜の変形状態に応じて光の入出射角度が異なるようにしたことを特徴とする光スイッチ。   In an optical switch that reflects incident light by a mirror surface and emits it, the mirror surface is formed on the surface of a deformable film that can be deformed in the film thickness direction so that the light incident / exit angle varies depending on the deformed state of the deformed film. An optical switch characterized by that. 上記変形膜の変形状態は、上記鏡面が凸になる凸状態と上記鏡面が凹になる凹状態の少なくとも2つの状態がある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 the deformation state of the deformation film includes at least two states, a convex state in which the mirror surface is convex and a concave state in which the mirror surface is concave. 圧力容器に貫通穴を形成し、その貫通穴を上記変形膜で覆い、上記圧力容器内の圧力を変化させることで上記変形膜を変形させることを特徴とする請求項1又は2記載の光スイッチ。   3. The optical switch according to claim 1, wherein a through hole is formed in the pressure vessel, the through hole is covered with the deformation membrane, and the deformation membrane is deformed by changing the pressure in the pressure vessel. . 上記鏡面を第一の電極とし、この電極に対向する第二の電極を設け、これら第一、第二電極間の静電容量から上記変形膜の変形状態を検出するようにしたことを特徴とする請求項1〜3いずれか記載の光スイッチ。   The mirror surface is used as a first electrode, a second electrode facing the electrode is provided, and the deformation state of the deformation film is detected from the capacitance between the first and second electrodes. The optical switch according to claim 1. 上記鏡面への入射光路は、上記変形膜が一方向に最も変形した状態のときの上記鏡面の一点と、上記変形膜が反対方向に最も変形した状態のときの上記鏡面の他点とを結ぶ線上にあることを特徴とする請求項1〜4いずれか記載の光スイッチ。
The incident optical path to the mirror surface connects one point of the mirror surface when the deformation film is most deformed in one direction and the other point of the mirror surface when the deformation film is most deformed in the opposite direction. The optical switch according to claim 1, wherein the optical switch is on a line.
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