JP3952902B2 - 光スイッチ、光分岐挿入装置、光伝送システム及び光スイッチの製造方法 - Google Patents
光スイッチ、光分岐挿入装置、光伝送システム及び光スイッチの製造方法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明のは、光通信等で用いられる光スイッチ、光分岐挿入装置、光伝送システム及び光スイッチの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
このような分野に属する技術としては、例えばSPIE Conference on Micromachined Devices and Components SPIE Vol.3876 1999に記載された光スイッチが知られている。この光スイッチは、ミラーを備えたアクチュエータの延在方向に対し垂直に取り付けられた板バネがアクチュエータの移動に伴って撓むことにより、移動した位置にミラーを自己保持させるものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、ミラーを備えたアクチュエータの延在方向及びその垂直な方向にスペースが取られるため、光スイッチが大型化し、高集積化が困難となる。
【0004】
本発明の目的は、ミラーの位置保持機能を有し、小型で高集積化可能な光スイッチ、光分岐挿入装置、光伝送システム及び光スイッチの製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、光路を有するベース部材と、ベース部材の上面に両持ち的に支持された梁状部材と、梁状部材に固定され、光路上を通る光を遮断するミラーと、ミラーを水平方向に移動させる駆動手段と、ミラーが光路上を通る光を通過させる位置または光路上を通る光を遮断させる位置にある初期状態において梁状部材が圧縮応力をもって撓むように、梁状部材に予め圧縮力を加えた圧縮力付与手段とを備え、圧縮力付与手段は、梁状部材の端部に円弧状に湾曲した形状を有する部分を介して接続され、梁状部材の長手方向に延在する連結部材と、円弧状に湾曲した形状を有する部分に接続されると共に、円弧状に湾曲した形状を有する部分における円弧の内側で前記ベース部材に固定されたアンカーとを有し、連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材に与えて、アンカーを支点として梁状部材と連結部材との接続部分を梁状部材側に移動させることで、梁状部材に圧縮力を加えるように構成されていることを特徴とするものである。
【0006】
このような光スイッチは、光路上を通る光を遮断するミラーを備えた梁状部材が、圧縮力付与手段による圧縮力によって撓んでおり、その状態でミラーを水平方向に移動させるようになっている。例えば、光路上を通る光を通過させる位置(通過位置)にある初期状態から光路上を通る光を遮断させる位置(遮断位置)へミラーを移動させる場合は、駆動手段によって梁状部材を反対方向に撓ませる。この状態においても、梁状部材には圧縮応力が生じており、初期状態の場合と同等の圧縮力が付与された状態で撓むようになる。
【0007】
以上のように梁状部材にミラーを設け、梁状部材を互いに反対方向に撓ませることで、ミラーを通過位置と遮断位置との間で移動させるため、ミラーの移動方向(梁状部材の延在方向に直交する方向)にスペースが取られなくて済む。これにより、小型で高集積化された光スイッチを実現することができる。また、ミラーが通過位置及び遮断位置にあるときには、圧縮応力が生じた状態で梁状部材が撓んでいることで、駆動手段による駆動力を与え続けなくても梁状部材(ミラー)は、安定して駆動後の位置に自己保持される。
【0008】
更に、モーメントを利用して梁状部材に圧縮力を加えることで、より小さな力で梁状部材を撓ませることができる。また、連結部材が梁状部材の長手方向に延在するように梁状部材の端部に接続されていることで、梁状部材の延在方向に直交する方向の省スペース化が図れるため、光スイッチを更に小型化することができる。
【0009】
また、好ましくは、圧縮力付与手段は、連結部材に固定され、連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材に与えるための補助部材と、ベース部材に設けられ、補助部材と係合する凹部とを更に有し、初期状態において梁状部材に圧縮力が加わるように補助部材を凹部に対して位置決めし、その状態で梁状部材をベース部材の上面に固定する。この場合、補助部材を凹部に挿入した状態で、梁状部材とベース部材とを相対移動させることで、補助部材には、係合する凹部によって連結部材の延在方向に対して交差する方向の力が加えられ、その結果として梁状部材に圧縮力が加えられる。そして、梁状部材が圧縮力によって撓んだ状態となり、その状態で梁状部材をベース部材の上面に固定する。このように、梁状部材とベース部材とを相対移動させるだけで、梁状部材に圧縮力を加えることができるため、梁状部材に力を加える手段を別個に設ける必要がなく、梁状部材を容易に撓ませることができる。
【0010】
また、圧縮力付与手段は、ベース部材上に設けられ、連結部材と係合して、連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材に与えるための突起部を更に有し、初期状態において梁状部材に圧縮力が加わるように連結部材をベース部材に対して位置決めし、その状態で梁状部材をベース部材の上面に固定したものであってもよい。この場合、梁状部材とベース部材とを相対移動させることで、ベース部材に設けられた突起部が、連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材に与えるようになり、その結果として梁状部材に圧縮力が加えられる。そして、梁状部材が圧縮力によって撓んだ状態となり、その状態で梁状部材をベース部材の上面に固定する。このように、梁状部材とベース部材とを相対移動させるだけで梁状部材に圧縮力を加えることができるため、梁状部材に力を加える手段を別個に設ける必要がなく、梁状部材を容易に撓ませることができる。
【0011】
更に、圧縮力付与手段は、連結部材を連結部材の延在方向に対して交差する方向に移動させる手段を更に有し、初期状態において梁状部材に圧縮力が加わるように、連結部材を連結部材の延在方向に対して交差する方向に移動させた状態で、梁状部材をベース部材の上面に固定したものであってもよい。このような連結部材を連結部材の延在方向に対して交差する方向に移動させる手段として、例えば連結部材に平行に設けた電極と連結部材との間に静電気力を発生させる手段が挙げられる。この場合、電極を取り付け、電極と連結部材との間に静電気を発生させるだけで連結部材を移動させることができるため、初期状態において梁状部材に簡単に圧縮力を付与することが可能となる。従って、光スイッチの設計及び加工が容易に行える。
【0012】
好ましくは、連結部材は、梁状部材の両端部に接続されている。これにより、梁状部材に対して両側からほぼ均等な圧縮力を加えることができるため、梁状部材をバランス良く撓ませることができる。
【0013】
また、好ましくは、駆動手段は、ベース部材の上部における梁状部材の一側に設けられた第1電極と、ベース部材の上部における梁状部材の他側に設けられた第2電極と、梁状部材と第1電極及び第2電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。この場合、ミラーが通過位置または遮断位置にある初期状態において、第1電極と梁状部材との間に静電気力を発生させると、ミラーは、反対の位置に移動する。その後、第2電極と梁状部材との間に静電気力を発生させると再びミラーが初期状態に戻る。このように静電気力を用いることで、梁状部材を小さな消費電力で駆動させることができる。
【0014】
この場合、梁状部材の両側には、第1電極及び第2電極と対向するように複数の第1櫛歯が設けられており、第1電極及び第2電極には、各第1櫛歯間に挿入される複数の第2櫛歯がそれぞれ設けられているのが好ましい。これにより、小さな印加電圧で梁状部材と第1電極及び第2電極との間に大きな静電気力を発生させることができる。
【0015】
好ましくは、梁状部材、ミラー、第1電極及び前記第2電極は、導電性を有するSiで形成され、ミラーの表面には、Au、Ag、Alのいずれかがコーティングされている。このように導電性を有するSiで梁状部材、ミラー、第1電極及び第2電極を形成することにより、これらの部材を安価且つ容易に製造することができる。また、ミラーの表面にAu、Ag、Alのいずれかをコーティングすることにより、反射率の良い高性能なミラーを得ることができる。
【0016】
また、好ましくは、ベース部材は、光路を複数組有し、梁状部材及びミラーを含むアクチュエータ構造体は、複数組の光路に対応してベース部材の上部にアレイ状に複数配置されている。これにより、複数の光スイッチを小型にパッケージングすることができる。
【0017】
この場合、各アクチュエータ構造体の配列間隔は1mm以下であることが好ましい。これにより、複数の光スイッチをより小型にパッケージングでき、高集積化及び多チャンネル化された光スイッチを実現することができる。
【0018】
本発明の光分岐挿入装置は、上記の光スイッチを備えたことを特徴とするものである。このような光分岐挿入装置は、複数配列された上記光スイッチを備えて構成されるので、小型化及び高集積化を図ることができる。
【0019】
本発明の光伝送システムは、上記の光スイッチを備えたことを特徴とするものである。このような光伝送システムは、例えば、光スイッチを備えた複数の光モジュールで結ばれた環状ネットワークにおいて、任意の光モジュールが故障した場合であっても、それ以外の光モジュールによって光の伝送を継続させ、光伝送の遮断を防止するものである。このような光伝送システムに上述した光スイッチを適用することで、上記光モジュールのような光伝送システムの構成単位を小型化することができる。
【0020】
本発明の光スイッチの製造方法は、光路を有するベース部材を製作する工程と、光路上を通る光を遮断するミラーが固定された梁状部材を製作する工程と、ミラーが光路上を通る光を通過させる位置または光路上を通る光を遮断させる位置にある初期状態において梁状部材が圧縮応力をもって撓むように、梁状部材に圧縮力を加え、その状態で、梁状部材をベース部材の上面に両持ち的に支持させて固定する工程とを含み、梁状部材を製作する工程において、梁状部材の端部に、梁状部材の長手方向に延在する連結部材を円弧状に湾曲した形状を有する部分を介して接続し、更に、円弧状に湾曲した形状を有する部分にアンカーを接続し、梁状部材をベース部材の上面に固定する工程において、円弧状に湾曲した形状を有する部分における円弧の内側でアンカーをベース部材に固定した状態で、連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材に与えて、アンカーを支点として梁状部材と連結部分との接続部分を梁状部材側に移動させることで、初期状態において梁状部材に圧縮力を加えることを特徴とするものである。
【0021】
本発明の製造方法によれば、梁状部材にミラーを設け、梁状部材を互いに反対方向に撓ませることで、ミラーを通過位置と遮断位置との間で移動させるため、ミラーの移動方向(梁状部材の延在方向に直交する方向)にスペースが取られなくて済む。このため、小型で高集積化された光スイッチを実現することができる。また、ミラーが通過位置及び遮断位置にあるときには、圧縮応力が生じた状態で梁状部材を撓ませたことで、駆動手段による駆動力を与え続けなくても梁状部材(ミラー)を、安定して駆動後の位置に自己保持させることができる。
【0022】
更に、モーメントを利用して梁状部材に圧縮力を加えることで、より小さな力で梁状部材を撓ませることができる。また、連結部材を梁状部材の長手方向に延在するように梁状部材の端部に接続させることで、梁状部材の延在方向に直交する方向の省スペース化が図れるため、光スイッチを更に小型化することができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光スイッチ、光分岐挿入装置、光伝送システム及び光スイッチの製造方法の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【0024】
図1は、本発明の第1実施形態に係る光スイッチを示す平面図であり、図2は、その側面図である。図1において、光スイッチ1は平面導波路2を有し、この平面導波路2には、略クロス状の光路A〜Dを形成する光導波路3が設けられている。また、平面導波路2には、光路A〜Dとつながる溝部4が設けられている。
【0025】
平面導波路2上には、微小電子機械システム(MEMS)技術を用いて形成されたアクチュエータ構造体5が設けられている。アクチュエータ構造体5は、基板Pを有し、この基板Pには梁状部材6が固定されている。この梁状部材6は、その中央部が溝部4に位置するように平面導波路2の上面に撓んだ状態で両持ち的に支持されている。また、梁状部材6の両側には、複数本の櫛歯7が設けられている。
【0026】
またアクチュエータ構造体5は、梁状部材6を挟むように設けられた2つの電極8a,8bを有し、これらの電極8a,8bには、対向する梁状部材6の各櫛歯7間に挿入される複数の櫛歯9a,9bがそれぞれ設けられている。
【0027】
梁状部材6の中央部には、光路A上を通る光を光路Bに向けて反射させるミラー10が固定されている。このミラー10は、平面導波路2の溝部4内に入り込むように構成されている。
【0028】
なお、梁状部材6、ミラー10、電極8a,8bは、低コスト化及び製造を容易にさせるために、導電性を有するSiで形成されているのが望ましい。また、ミラー10の表面には、反射率向上の観点から、金(Au)、銀(Ag)、アルミニウム(Al)等がコーティングされているのが望ましい。
【0029】
梁状部材6と電極8a,8bとは電圧源11を介して接続されており、この電圧源11により梁状部材6と電極8a,8bとの間に所定の電圧を加えることで両者間に静電気力を発生させる。そして、この静電気力によって梁状部材6が電圧を加えた方の電極8a,8bに引き寄せられるようになっている。
【0030】
このように静電気を用いることで、小さな消費電力で梁状部材6を駆動させることができる。更に、梁状部材6と電極8a,8bとにそれぞれ櫛歯を設けたことで、小さな印加電圧でも大きな静電気力を発生させることができる。
【0031】
梁状部材6の両端部には、梁状部材6の長手方向に延在する連結部材12がそれぞれ接続されている。この連結部材12における梁状部材6との接続側(連結部材12の先端側)部分は、円弧状に湾曲形状を有している。また、連結部材12の先端部は、上述の湾曲形状の円弧内側に配置されて平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを接合するアンカー13に接続されている。一方、連結部材12における梁状部材6との接続側と反対に位置する基端部にはそれぞれ補助部材14が設けられており、この補助部材14は、平面導波路2に設けられた凹部15に入り込んで係合している。このような連結部材12は、梁状部材6の初期状態において、梁状部材6の延在方向に圧縮力を加えた状態で固定されており、それによって梁状部材6が圧縮応力をもって撓んでいる。
【0032】
以上のような本実施形態に係る光スイッチ1において、例えば、ミラー10が光路A上を通る光を遮断する位置(遮断位置)にある場合(図1)を初期状態とし、この状態から、ミラー10を光路A上を通る光を通過させる位置(通過位置)に移動させる場合は、梁状部材6と電極8aとの間に電圧を加えて静電気力を発生させる。すると、図3に示すように、梁状部材6が電極8a側に引き寄せられ初期状態とは反対側に撓み、ミラー10が通過位置に移動する。
【0033】
このとき、ミラー10を初期状態から通過位置に移動させた後も、梁状部材6には圧縮応力が生じており、初期状態の場合と同等の圧縮力が付与された状態で撓んでいる。このため、梁状部材6と電極8aとの間に電圧を加え続けなくても、ミラー10を安定して移動後の位置に自己保持させることができる。
【0034】
一方、ミラー10を通過位置から初期状態(遮断位置)に戻す場合は、梁状部材6と電極8bとの間に電圧を加えて静電気力を発生させる。すると、梁状部材6が電極8b側に引き寄せられて撓み、図1に示すような初期状態にミラー10が移動する。
【0035】
このように、ミラー10を通過位置と遮断位置との間で移動させるには、梁状部材6を互いに反対方向に撓ませるだけでよいので、梁状部材6の延在方向に直交する方向にスペースが取られなくて済む。これにより、小型で高集積化された光スイッチを実現することができる。
【0036】
次に、本実施形態に係る光スイッチ1の製造方法について説明する。まず、上述した平面導波路2と梁状部材6及びミラー10を含むアクチュエータ構造体5とを製作する。梁状部材6を製作する過程においては、梁状部材6の端部に連結部材12を接続する。次いで、図4に示すように、連結部材12の補助部材14を平面導波路2の凹部15に対して位置決めして挿入する。このとき、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とは、これらの正規の接合位置よりも互いにずれた状態となっている。
【0037】
その後、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを両者の正規の接合位置まで相対移動させる。これにより、梁状部材6に圧縮力が加わって、梁状部材6が図1に示すように圧縮力をもって撓むようになる。このとき、図5に示すように、補助部材14を凹部15に挿入した状態で、アクチュエータ構造体5と平面導波路2とを相対移動させることで、補助部材14には、係合する凹部15によって連結部材12の延在方向に対してほぼ直交する方向の力が加えられる。そして、その状態で、アクチュエータ構造体5を平面導波路2の上面に接合(固定)する。
【0038】
なお、平面導波路2及びアクチュエータ構造体5の接合に関しては、例えば、図6に示すように、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とのアライメントマーク20が整合しているか否か例えば顕微鏡21等で観測し(図6(a),(b))、その後、互いのアライメントマーク20が整合した平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを接着剤等で接合する(図6(c))。
【0039】
図7は、補助部材14によって梁状部材6に圧縮力が加えられる過程を示す図である。図7(a)に示すように梁状部材6に圧縮力が加えられていない状態から、補助部材14に連結部材12の延在方向に対してほぼ直交する方向の力(図中、矢印A)が加えられると、図7(b)に示すように、連結部材12の湾曲形状の円弧内側に配置されたアンカー13を支点として、連結部材12の先端側部分が梁状部材6側へ移動するため、連結部材12と梁状部材6との接続点22に力(図中、矢印B)が加えられる。つまり、梁状部材6に圧縮力が加えられることとなり、その結果として、梁状部材6が撓んだ状態となる。
【0040】
このように、補助部材14を矢印A方向に力が作用する力点とし、アンカー13を支点とし、連結部材12の先端側部分を接続点22に矢印B方向へ力を作用させる作用点とするてこの原理によって、梁状部材6に圧縮力を加えることができる。以上のように、連結部材12の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材12に与えることで、モーメントを利用することができるため、より小さな力で梁状部材6を撓ませることができる。また、連結部材12の梁状部材6との接続部分が円弧状に湾曲した形状となっていることで、連結部材12に加える力が小さくても、より大きなモーメントを働かせることができる。
【0041】
更に、連結部材12は、梁状部材6の長手方向に延在するように梁状部材6の端部に接続されていることで、梁状部材6の延在方向に直交する方向の省スペース化が図れる。
【0042】
以上のように、アクチュエータ構造体5と平面導波路2とを相対移動させるだけで、梁状部材6に圧縮力を加えることができるため、梁状部材6に力を加える手段を別個に設ける必要がなく、梁状部材6を容易に撓ませることができる。
【0043】
また、上記の光スイッチ1は、梁状部材6の延在方向に直交する方向の省スペース化が図れることから、図8に示すように、平面導波路30に複数組の光路を設け、その複数組の光路に対応して平面導波路30の上部に複数のアクチュエータ構造体5をアレイ状に配置することが可能となる。これにより、複数の光スイッチを小型にパッケージングすることができ、高集積化及び多チャンネル化も可能となる。なお、アクチュエータ構造体5の配列間隔Qは1mm以下であることが好ましい。
【0044】
また、このようなアレイ状の光スイッチを製造する際、平面導波路2に対して、アレイ状に配置された複数のアクチュエータ構造体5を一括して相対移動させることにより双方を接合させる。これにより、簡単且つ効率よく高集積化及び多チャンネル化された光スイッチを製造することができる。
【0045】
次に、連結部材12の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材12に与える他の手段について、図9を参照して説明する。同図において、平面導波路2上には突起部40が設けられており、この突起部40は連結部材12と係合されている。この場合、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを相対移動させることで、平面導波路2に設けられた突起部40が、連結部材12の延在方向に対して交差する方向の力を連結部材12に与え、その結果として梁状部材6に圧縮力が加えられる。そして、梁状部材6が圧縮力によって撓んだ状態となり、その状態でアクチュエータ構造体5を平面導波路2の上面に固定する。
【0046】
この場合においても、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを相対移動させるだけで梁状部材6に圧縮力を加えることができるため、梁状部材6に力を加える手段を別個に設ける必要がなく、梁状部材6を容易に撓ませることができる。
【0047】
次に、本発明の第2実施形態に係る光スイッチについて図10〜図12を参照して説明する。なお、本実施形態に係る光スイッチは、第1実施形態に係る光スイッチにおける梁状部材に圧縮力を付与する手段が異なるものである。
【0048】
図10は、本実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。同図において、光スイッチ50のアクチュエータ構造体5は、梁状部材6の両端にそれぞれ接続された連結部材51と、連結部材51と平行に設けられた電極52とを有している。連結部材51の電極52に面する側には、複数本の櫛歯53が設けられており、電極52には、連結部材51の各櫛歯53間に挿入される複数の櫛歯54がそれぞれ設けられている。連結部材51と電極52とは電圧源57を介して接続されており、この電圧源57により連結部材51と電極52との間に所定の電圧を加えることで両者間に静電気力を発生させる。
【0049】
このような光スイッチ50においては、第1実施形態と同様に、連結部材51、電極52、電圧源57によって、初期状態において梁状部材6に圧縮力が加えられ、梁状部材6は圧縮応力をもって撓んだ状態となっている。そして、図11に示すように、ミラー10が遮断位置から通過位置に移動するときは、梁状部材6が反対側に撓み、ミラー10をその位置に自己保持させるようになっている。
【0050】
連結部材51が付与する圧縮力によって梁状部材6を撓ませる場合は、まず、図12に示す状態から連結部材51と電極52との間に静電気力を発生させ、連結部材51を電極52側に移動させる。すると、連結部材51が梁状部材6に圧縮力を与え、梁状部材6を撓ませる。そして、その状態で、平面導波路2とアクチュエータ構造体5とを重ね合わせ接合する。
【0051】
以上のような光スイッチ50は、きめ細かな位置合わせを行うことなく、簡単に梁状部材6に圧縮力を加えることができるため、設計が容易になる。
【0052】
なお、上記実施形態では、静電アクチュエータにより連結部材51を駆動する構成としたが、特にこれには限らず、電磁アクチュエータ等を使用してもよい。
【0053】
図13は、上述した光スイッチを備えた光分岐挿入装置(OADM)の一例を示したものである。光分岐挿入装置は、波長多重化された信号の中から任意波長の信号をAdd/Dropする機能を有するものである。
【0054】
光分岐挿入装置60は、複数の上記の光スイッチ1を有する光スイッチアレイ62と、複数の光可変減衰器63を有する光可変減衰器アレイ64とを備えている。各光スイッチ1と各光可変減衰器63とは、導波路65を介して接続されている。各光スイッチ1は、導波路66を介して分波器67と接続されている。この分波器67は、1本の光ファイバ68を伝搬してきた波長の異なる複数の光信号を各波長毎に分波する。各光可変減衰器63は、導波路69を介して合波器70と接続されている。この合波器70は、各波長の光信号を合波して1本の光ファイバ71に導く。各導波路69には、光可変減衰器63で減衰された光のパワーを検出する光モニタ72が設けられている。また、各光スイッチ1には、Add用導波路73及びDrop用導波路74が接続されている。
【0055】
光スイッチアレイ62、光可変減衰器アレイ63及び光モニタ72は、コントローラ75と接続されている。このコントローラ75は、各光スイッチ1に電圧を供給する複数の電圧源と、各光可変減衰器63に電圧を供給する複数の電圧源とを有している。コントローラ75は、各光スイッチ1に電圧信号を送出し、導波路65,66,73,74の光路切換を行う。また、コントローラ75は、光モニタ72の検出値に基づいて、出力光量が所望値となるように各光可変減衰器63に電圧信号を送出する。
【0056】
図14は、上述した光スイッチを備えた光伝送システムの一例を示したものである。本光伝送システムは、光スイッチを備えた複数の光モジュールで結ばれた環状ネットワークにおいて、任意の光モジュールが故障した場合であっても、それ以外の光モジュールによって光の伝送を継続させ、光伝送の遮断を防止するものである。
【0057】
図14において、光伝送システム80を備えた環状ネットワーク81は、中央制御部82と複数のノード(分岐点)83a〜83jとが環状に結ばれており、中央制御部82からの光信号を複数のノード83a〜83jを経由して送信させる。
【0058】
図15に示すように、ノード83a〜83jには、パワーユニット84が備えられており、例えば100Vの電圧が加えられている。また、ノード83a〜83jには、2つの光スイッチ1または50(以下、光スイッチ1の場合とする)が接続されており、この光スイッチ1を介して光信号が環状ネットワーク81の順方向(図中、矢印X方向)、逆方向(図中、矢印Y)に送信される。例えば、光信号は、順方向では、A1,A2,D2,D1の順に通り、逆方向では、C1,C2,B2,B1の順に通る。
【0059】
以上のような光伝送システム80において、例えば、図14に示すように、停電等によってノード83b,83jの電圧が落ちた場合、光スイッチ1のミラー(図示せず)を通過位置から遮断位置へ移動する。その結果、光信号は、図16に示すように、順方向では、A1、D1の順に通り、逆方向ではC1、B1の順に通るようになる。これにより、光通信を環状ネットワーク81上で遮断させることなく、他の正常なノードへ伝送させることができる。
【0060】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、連結部材を梁状部材の両端に接続しているが、いずれか一方のみであってもよい。
【0061】
また、上記実施形態では、ミラーが遮断位置にあるときを初期状態としたが、通過位置にあるときを初期状態とし、電圧を加えて遮断位置に移動するようにしてもよい。
【0062】
さらに、上記実施形態の光スイッチは2×2スイッチであるが、本発明は、ON/OFFスイッチやm×nスイッチ等にも適用可能である。
【0063】
【発明の効果】
本発明によれば、梁状部材にミラーを設け、梁状部材を互いに反対方向に撓ませることで、ミラーを水平方向に移動させるようにしたため、ミラーの移動方向にスペースが取られなくて済み、小型で高集積化された光スイッチを実現することができる。また、ミラーが光路上を通る光を通過させる位置または光路上を通る光を遮断させる位置にあるときには、梁状部材が圧縮応力をもって撓んでいるようにしたことで、駆動手段による駆動力を与え続けなくても梁状部材(ミラー)を、安定して駆動後の位置に自己保持させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図2】図1に示す光スイッチの側面図である。
【図3】図1に示す光スイッチのミラーを移動させた後の状態を示す図である。
【図4】図1に示す光スイッチの梁状部材に圧縮力を付与する前の状態を示す図である。
【図5】図1に示す光スイッチの圧縮力付与手段の一部を示す部分斜視図である。
【図6】図1に示す光スイッチの接合過程を示す模式図である。
【図7】図1に示す光スイッチの圧縮力付与手段による圧縮力の付与過程を示す図である。
【図8】図1に示す光スイッチのアレイ化された状態を示す図である。
【図9】図5に示す圧縮力付与手段の変形例を示す部分斜視図である。
【図10】本発明の第2実施形態に係る光スイッチを示す平面図である。
【図11】図10に示す光スイッチのミラーを移動させた後の状態を示す図である。
【図12】図10に示す光スイッチの梁状部材に圧縮力を付与する前の状態を示す図である。
【図13】本発明の実施形態に係る光スイッチを適用した光分岐挿入装置の一例を示す構成図である。
【図14】本発明の実施形態に係る光スイッチを適用した光伝送システムを備えた環状ネットワークの一例を示す構成図である。
【図15】図14に示す光伝送システムの通常時の動作を示す図である。
【図16】図14に示す光伝送システムの故障時の動作を示す図である。
【符号の説明】
1…光スイッチ、2…平面導波路(ベース部材)、3…光導波路(光路)、4…溝部、5…アクチュエータ構造体、6…梁状部材、7…櫛歯(第1櫛歯)、8a,8b…電極(第1,2電極)、9a,9b…櫛歯(第2櫛歯)、10…ミラー、11…電圧源、12…連結部材(圧縮力付与手段)、14…補助部材(圧縮力付与手段)、15…凹部(圧縮力付与手段)、30…平面導波路(ベース部材)、40…突起部(圧縮力付与手段)、50…光スイッチ、51…連結部材(圧縮力付与手段)、52…電極(圧縮力付与手段)、53…櫛歯(圧縮力付与手段)、54…櫛歯(圧縮力付与手段)、60…光分岐挿入装置、80…光伝送システム。
Claims (13)
- 光路を有するベース部材と、
前記ベース部材の上面に両持ち的に支持された梁状部材と、
前記梁状部材に固定され、前記光路上を通る光を遮断するミラーと、
前記ミラーを水平方向に移動させる駆動手段と、
前記ミラーが前記光路上を通る光を通過させる位置または前記光路上を通る光を遮断させる位置にある初期状態において前記梁状部材が圧縮応力をもって撓むように、前記梁状部材に予め圧縮力を加えた圧縮力付与手段とを備え、
前記圧縮力付与手段は、前記梁状部材の端部に円弧状に湾曲した形状を有する部分を介して接続され、前記梁状部材の長手方向に延在する連結部材と、前記円弧状に湾曲した形状を有する部分に接続されると共に、前記円弧状に湾曲した形状を有する部分における円弧の内側で前記ベース部材に固定されたアンカーとを有し、前記連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を前記連結部材に与えて、前記アンカーを支点として前記梁状部材と前記連結部材との接続部分を前記梁状部材側に移動させることで、前記梁状部材に圧縮力を加えるように構成されていることを特徴とする光スイッチ。 - 前記圧縮力付与手段は、前記連結部材に固定され、前記連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を前記連結部材に与えるための補助部材と、前記ベース部材に設けられ、前記補助部材と係合する凹部とを更に有し、
前記初期状態において前記梁状部材に圧縮力が加わるように前記補助部材を前記凹部に対して位置決めし、その状態で前記梁状部材を前記ベース部材の上面に固定したことを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。 - 前記圧縮力付与手段は、前記ベース部材上に設けられ、前記連結部材と係合して、前記連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を前記連結部材に与えるための突起部を更に有し、
前記初期状態において前記梁状部材に圧縮力が加わるように前記連結部材を前記ベース部材に対して位置決めし、その状態で前記梁状部材を前記ベース部材の上面に固定したことを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。 - 前記圧縮力付与手段は、前記連結部材を前記連結部材の延在方向に対して交差する方向に移動させる手段を更に有し、
前記初期状態において前記梁状部材に圧縮力が加わるように、前記連結部材を前記連結部材の延在方向に対して交差する方向に移動させた状態で、前記梁状部材を前記ベース部材の上面に固定したことを特徴とする請求項1記載の光スイッチ。 - 前記連結部材は、前記梁状部材の両端部に接続されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項記載の光スイッチ。
- 前記駆動手段は、前記ベース部材の上部における前記梁状部材の一側に設けられた第1電極と、前記ベース部材の上部における前記梁状部材の他側に設けられた第2電極と、前記梁状部材と前記第1電極及び前記第2電極との間に静電気力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項記載の光スイッチ。
- 前記梁状部材の両側には、前記第1電極及び前記第2電極と対向するように複数の第1櫛歯が設けられており、
前記第1電極及び前記第2電極には、前記各第1櫛歯間に挿入される複数の第2櫛歯がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項6記載の光スイッチ。 - 前記梁状部材、前記ミラー、前記第1電極及び前記第2電極は、導電性を有するSiで形成され、
前記ミラーの表面には、Au、Ag、Alのいずれかがコーティングされていることを特徴とする請求項6または7記載の光スイッチ。 - 前記ベース部材は、前記光路を複数組有し、
前記梁状部材及び前記ミラーを含むアクチュエータ構造体は、前記複数組の光路に対応して前記ベース部材の上部にアレイ状に複数配置されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項記載の光スイッチ。 - 前記各アクチュエータ構造体の配列間隔は1mm以下であることを特徴とする請求項9記載の光スイッチ。
- 請求項1〜10のいずれか一項記載の光スイッチを備えたことを特徴とする光分岐挿入装置。
- 請求項1〜10のいずれか一項記載の光スイッチを備えたことを特徴とする光伝送システム。
- 光路を有するベース部材を製作する工程と、
前記光路上を通る光を遮断するミラーが固定された梁状部材を製作する工程と、
前記ミラーが前記光路上を通る光を通過させる位置または前記光路上を通る光を遮断させる位置にある初期状態において前記梁状部材が圧縮応力をもって撓むように、前記梁状部材に圧縮力を加え、その状態で、前記梁状部材を前記ベース部材の上面に両持ち的に支持させて固定する工程とを含み、
前記梁状部材を製作する工程において、前記梁状部材の端部に、前記梁状部材の長手方向に延在する連結部材を円弧状に湾曲した形状を有する部分を介して接続し、更に、前記円弧状に湾曲した形状を有する部分にアンカーを接続し、
前記梁状部材を前記ベース部材の上面に固定する工程において、前記円弧状に湾曲した形状を有する部分における円弧の内側で前記アンカーを前記ベース部材に固定した状態で、前記連結部材の延在方向に対して交差する方向の力を前記連結部材に与えて、前記アンカーを支点として前記梁状部材と前記連結部分との接続部分を前記梁状部材側に移動させることで、前記初期状態において前記梁状部材に圧縮力を加えることを特徴とする光スイッチの製造方法。
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