JP2007003637A - Matrix type light switch - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、マトリクス型光スイッチに関して、光信号の挿入損失の低減、サイズの小型化、及び、製造コストの低減を図る技術に関する。 The present invention relates to a technique for reducing optical signal insertion loss, size reduction, and manufacturing cost with respect to a matrix type optical switch.
近年、インターネットの普及により光ファイバネットワークの通信情報伝送量の増大に伴い、1本の光ファイバに異なる波長の信号を重畳して送受信する波長分割多重(WDM)伝送技術が用いられており、2点間の通信を光合分波器を用いて結合するPoint to Pointの方式に加え、中継基地で特定波長を分岐・挿入するOADM(Optical Add & Drop Module)方式が導入されている。このようなシステムにおいて、通信需要や通信回路の故障などに柔軟に対応するために、複数の入力ポートから、任意波長の光信号を選択的に切り替えて所定の出力ポートへ接続する光スイッチが必要とされる。 2. Description of the Related Art In recent years, with the spread of the Internet, with the increase in the amount of communication information transmitted in an optical fiber network, wavelength division multiplexing (WDM) transmission technology for transmitting and receiving signals of different wavelengths on one optical fiber has been used. In addition to the point-to-point method of combining point-to-point communication using an optical multiplexer / demultiplexer, an OADM (Optical Add & Drop Module) method of branching and inserting a specific wavelength at a relay base has been introduced. In such a system, an optical switch that selectively switches an optical signal of an arbitrary wavelength from a plurality of input ports and connects it to a predetermined output port is necessary to flexibly cope with communication demands and communication circuit failures. It is said.
一方、光通信システムの開発方向として、低コスト化とシステムの簡素化及び伝送レートの高速化を目的として、光信号を電気信号に変更することなく伝送する全光化が進められている。この場合、光路設定を行う大規模スイッチにおいても、一旦光を電気に変換して伝送路を組み替えるのではなく、光のまま経路をつなぎ換える全光型のクロスコネクトを光スイッチとして利用することになる。 On the other hand, as an optical communication system development direction, all-optical transmission that transmits an optical signal without changing to an electrical signal has been promoted for the purpose of reducing the cost, simplifying the system, and increasing the transmission rate. In this case, even in a large-scale switch that performs optical path setting, instead of converting light once into electricity and rearranging the transmission path, an all-optical cross-connect that switches the path as it is is used as an optical switch. Become.
上記のようなシステムにおけるスイッチとしては、例えば非特許文献1に示されるような1×2の光スイッチを並列、もしくは直列に階層的に接続してN×Mの多入力・多出力の光スイッチを構成することで実現できる。しかし、この場合は、階層が大きくなるほど挿入損失が増えるため、大規模光スイッチには適していないという問題がある。
As a switch in the system as described above, for example, a 1 × 2 optical switch as shown in Non-Patent
また、挿入損失の低減と小型化を狙った大規模光スイッチとしては、例えば特許文献1に示されるようなマトリクス型光スイッチがある。この光スイッチは、可動マイクロミラー、光ファイバ、及びコリメート用のマイクロレンズとを有する第1層以外に、ガラス基板からなる第2層、平面マイクロコイルを備える電磁アクチュエータからなる第3層、永久磁石からなる第4層とが積層されて一体化されている。
As a large-scale optical switch aimed at reducing insertion loss and downsizing, there is a matrix type optical switch as disclosed in
また、この光スイッチの光信号(光ファイバから入射した光信号と、突出位置にある可動マイクロミラーで反射して光ファイバに入射する光信号と、没入位置に可動マイクロミラーがあるため反射せずに通過する光信号)は、いずれもコリメート用のマイクロレンズを通る。そのため、その間にコリメートされ、光信号の挿入損失を低減させている。また、この光スイッチは、第3層の電磁アクチュエータのマイクロコイルに磁界を発生させることにより、第1層の可動マイクロミラーを駆動させるので、ミラー部とアクチュエータ部とを一体積層化することにより小型化を図っている。 In addition, the optical signal of this optical switch (the optical signal incident from the optical fiber, the optical signal reflected by the movable micromirror at the protruding position and incident on the optical fiber, and the movable micromirror at the immersion position are not reflected. All of the optical signals) pass through the collimating microlenses. Therefore, it is collimated in the meantime to reduce the optical signal insertion loss. In addition, this optical switch drives the movable micromirror of the first layer by generating a magnetic field in the microcoil of the electromagnetic actuator of the third layer. Therefore, the optical switch can be miniaturized by integrally stacking the mirror portion and the actuator portion. We are trying to make it.
しかし、上記の光スイッチは、ミラーブロックを有する第1層以外に、3つの層が必要であり、各層ごとに基板等の材料コストが必要であるため、製造コストが高くなる問題がある。また、マイクロミラーが上下に移動する高さは、電磁アクチュエータのマイクロコイルの巻き数を増加させることにより、高くすることができる。しかし、マイクロコイルの巻き数を増加させた場合、光スイッチのサイズが高くなり、サイズの小型化が図れないという問題がある。また一方で、コイルの巻き数を増加させない場合は、マイクロミラーの上下移動の高さが制限されるため、マイクロミラーが挿入損失の低減が十分な位置まで移動せず、挿入損失の低減が十分に図れないという問題がある。
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたものであり、光スイッチの高さが低く扁形であっても、マイクロミラーを十分な高さまで上下に移動させることができ、光信号の挿入損失の低減を図り、サイズの小型化、及び、製造コストの低減が可能なマトリクス型光スイッチを提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and even when the height of the optical switch is low and flat, the micromirror can be moved up and down to a sufficient height, An object of the present invention is to provide a matrix type optical switch capable of reducing the insertion loss, reducing the size, and reducing the manufacturing cost.
上記目的を達成するために請求項1の発明は、光信号が伝送される光路中に配設されたマイクロミラーを出没させることにより、光路を切り替えるマトリクス型光スイッチにおいて、上下方向に可動な複数のマイクロミラーからなるミラーブロックと、前記マイクロミラーの各々を駆動するための複数の電磁石からなる電磁石ブロックと、光信号が入出力される光路を形成する複数のコリメートレンズと、を備え、前記ミラーブロック及びコリメートレンズは、1つの基板層(第1層という)上に配置されるとともに、前記電磁石ブロックは、前記第1層と積層構造のもう一つ基板層(第2層という)上に配置されて、2層積層構造とされ、前記ミラーブロックを中心として、前記コリメートレンズの各々は放射方向に軸心を持つように配置され、前記電磁石の各々は、前記ミラーブロックを中心として同心円状に配列され、前記電磁石の揺動する可動片と前記マイクロミラーとは、上下方向に移動自在に支持されたロッドを介して連結されており、前記電磁石の作動により、前記マイクロミラーが移動し、該マイクロミラーが突出位置にあるときに、1つのコリメートレンズを通る入射光は、該マイクロミラーで反射して、他の方向のコリメートレンズから出射され、該マイクロミラーが没入位置にあるとき、前記入射光は該マイクロミラーで反射することなく、同方向のコリメートレンズから出射されるものである。 In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention provides a matrix type optical switch that switches an optical path by projecting and retracting a micromirror disposed in an optical path through which an optical signal is transmitted. A mirror block comprising a plurality of micromirrors, an electromagnet block comprising a plurality of electromagnets for driving each of the micromirrors, and a plurality of collimating lenses forming an optical path through which an optical signal is input / output. The block and the collimating lens are arranged on one substrate layer (referred to as the first layer), and the electromagnet block is disposed on the first layer and another substrate layer (referred to as the second layer) having a laminated structure. Thus, a two-layer structure is formed, and each of the collimating lenses is arranged so as to have an axial center in a radial direction with the mirror block as a center. Each of the electromagnets is arranged concentrically around the mirror block, and the movable piece swinging the electromagnet and the micromirror are connected via a rod supported so as to be movable in the vertical direction. When the micromirror is moved by the operation of the electromagnet and the micromirror is in the protruding position, incident light passing through one collimating lens is reflected by the micromirror and collimated in the other direction. When the micromirror is emitted from the lens and in the immersion position, the incident light is emitted from the collimating lens in the same direction without being reflected by the micromirror.
請求項2に記載の発明は、前記可動片が、中間部を支持された支持部を有し、前記可動片の一端部が上下に移動するとき、該可動片の他端部は該可動片の一端部とは逆向きに上下に移動し、前記ロッドが、第1ロッドと第2ロッドとを有し、前記第1ロッドの他端と第2ロッドの一端とが、上下方向に移動自在に連結され、前記第1ロッドの一端が、前記可動片の一端に固定されるとともに、第2ロッドの他端が、前記マイクロミラーに固定され、前記第1ロッドと前記第2ロッドとの連結点から前記可動片の支持部までの距離は、該可動片の他端部から該可動片の支持部までの距離より長いものである。 According to a second aspect of the present invention, the movable piece has a support portion that supports an intermediate portion, and when the one end portion of the movable piece moves up and down, the other end portion of the movable piece is the movable piece. The rod has a first rod and a second rod, and the other end of the first rod and one end of the second rod are movable in the vertical direction. One end of the first rod is fixed to one end of the movable piece, and the other end of the second rod is fixed to the micromirror, and the first rod and the second rod are connected to each other. The distance from the point to the support portion of the movable piece is longer than the distance from the other end portion of the movable piece to the support portion of the movable piece.
請求項3に記載の発明は、前記ミラーブロックの下方に位置し、複数の貫通した孔が設けられたガイドブロックを備え、前記ガイドブロックの孔の各々は、前記マイクロミラーの各々の真下方向に位置し、前記ロッドが、前記ガイドブロックの孔を貫通して、前記マイクロミラーの真下方向に固定されているものである。 The invention according to claim 3 is provided with a guide block that is positioned below the mirror block and provided with a plurality of through holes, and each of the holes of the guide block extends in a direction directly below each of the micromirrors. And the rod passes through the hole of the guide block and is fixed in a direction directly below the micromirror.
請求項4に記載の発明は、前記第1層及び前記第2層が、前記第1層と前記第2層とを連結するための第3ロッドを装着する穴を備え、前記第1層の穴に前記第3ロッドの一端が嵌入され、前記第2基板の穴に該第3ロッドの他端が嵌入されることにより、前記第1層と前記第2層とを連結しているものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the first layer and the second layer include a hole for mounting a third rod for connecting the first layer and the second layer, One end of the third rod is inserted into the hole, and the other end of the third rod is inserted into the hole of the second substrate, thereby connecting the first layer and the second layer. is there.
請求項5に記載の発明は、前記ミラーブロックを上から覆い、前記マイクロミラーを保護するキャップが設けられているものである。 The invention according to claim 5 is provided with a cap that covers the mirror block from above and protects the micromirror.
請求項6に記載の発明は、前記第1層上の前記ミラーブロックが実装されている面の下部に前記ガイドブロックが形成され、前記面とは反対の面に前記電磁石ブロックが実装されていることを特徴とするものである。 According to a sixth aspect of the present invention, the guide block is formed at a lower portion of the surface on which the mirror block on the first layer is mounted, and the electromagnet block is mounted on a surface opposite to the surface. It is characterized by this.
請求項7に記載の発明は、前記ミラーブロックの直下に前記ガイドブロックが接合され、前記ガイドブロックの孔の各々は、該マイクロミラーの各々の真下に位置しているものである。 According to a seventh aspect of the present invention, the guide block is joined immediately below the mirror block, and each hole of the guide block is located directly below each of the micromirrors.
請求項8に記載の発明は、前記第1層が、前記ガイドブロックを兼用しているものである。 In the invention according to claim 8, the first layer also serves as the guide block.
請求項1の発明によれば、電磁石の揺動する可動片とマイクロミラーとは、上下方向に移動自在に支持されたロッドを介して連結されているので、電磁石の作動をマイクロミラーに直接伝えることができ、マイクロミラーを上下に十分移動させることができる。そのため、マイクロミラーが光学的に精度の良い位置まで移動可能となり、光スイッチの挿入損失を低減することができる。また、第1層と第2層との合計2つの層から構成できるので、光スイッチの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができる。 According to the first aspect of the present invention, the movable piece of the electromagnet swinging and the micromirror are connected via the rod supported so as to be movable in the vertical direction, so that the operation of the electromagnet is directly transmitted to the micromirror. And the micromirror can be sufficiently moved up and down. As a result, the micromirror can be moved to an optically accurate position, and the insertion loss of the optical switch can be reduced. Moreover, since it can be comprised from a total of two layers, a 1st layer and a 2nd layer, size reduction of an optical switch and reduction of manufacturing cost can be aimed at.
請求項2の発明によれば、第1ロッドと第2ロッドとの連結点から前記可動片の支持部までの距離は、該可動片の他端部から該可動片の支持部までの距離より長いので、電磁石の可動片の一端が上下に移動すると、第1ロッドと第2ロッドとの連結点は、電磁石の可動片の一端よりも、大きく上下に移動する。そのため、電磁石の可動片の上下移動が小さい場合でも、マイクロミラーを上下に大きく移動さえることができるため、光スイッチの高さを低くすることが可能となり、光スイッチの小型化を図ることができる。 According to the invention of claim 2, the distance from the connecting point of the first rod and the second rod to the support portion of the movable piece is greater than the distance from the other end portion of the movable piece to the support portion of the movable piece. Because it is long, when one end of the movable piece of the electromagnet moves up and down, the connection point between the first rod and the second rod moves up and down more greatly than one end of the movable piece of the electromagnet. For this reason, even when the vertical movement of the movable piece of the electromagnet is small, the micromirror can be moved greatly up and down, so that the height of the optical switch can be reduced and the optical switch can be miniaturized. .
請求項3の発明によれば、孔を貫通した第2ロッドは、マイクロミラーを垂直に押し上げるので、マイクロミラーを確実に上下方向に移動させることができる。そのため、マイクロミラーが光学的に精度の良い位置まで確実に移動可能となり、挿入損失を低減できる。 According to the invention of claim 3, since the second rod penetrating the hole pushes up the micromirror vertically, the micromirror can be reliably moved in the vertical direction. Therefore, the micromirror can be reliably moved to an optically accurate position, and insertion loss can be reduced.
請求項4の発明によれば、第1層と第2層とが第3ロッドを装着する穴を備えるので、各々の穴に第3ロッドを嵌入することにより、第1層と第2層とを簡単に連結することができるため、組立て工程を低減することができるため、製造コストの低減を図ることができる。 According to invention of Claim 4, since the 1st layer and the 2nd layer are equipped with the hole which mounts a 3rd rod, the 1st layer and the 2nd layer are inserted by inserting the 3rd rod in each hole. Can be easily connected, so that the assembly process can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
請求項5の発明によれば、組立て時に、人がマイクロミラーに直接触れることがないので、マイクロミラーを破損することを防ぐことができる。 According to the invention of claim 5, since the person does not directly touch the micromirror during assembly, the micromirror can be prevented from being damaged.
請求項6の発明によれば、ミラーブロック、ガイドブロック、及び、電磁石ブロックが同一基板上に実装されるので、サイズの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができ、また、ミラーブロックと電磁石ブロックとが、同一基板上に実装されているので、水平位置の誤差が少なく、光学的に精度の良い位置決めが可能であり、挿入損失を低減できる。 According to the invention of claim 6, since the mirror block, the guide block, and the electromagnet block are mounted on the same substrate, the size can be reduced and the manufacturing cost can be reduced. Since the electromagnet block and the electromagnet block are mounted on the same substrate, horizontal position error is small, optically accurate positioning is possible, and insertion loss can be reduced.
請求項7の発明によれば、マイクロミラーに対するガイドブロックの位置が変わらないので、マイクロミラーの真下に確実にガイドブロックの孔を位置することができるため、水平位置の誤差が少なく、光学的に精度の良い位置決めが可能であり、挿入損失を低減することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the position of the guide block with respect to the micromirror does not change, the hole of the guide block can be surely positioned directly below the micromirror, so that the horizontal position error is small and optically Accurate positioning is possible, and insertion loss can be reduced.
請求項8の発明によれば、第1層がガイドブロックを兼用するので、ガイドブロックを必要としないため、ミラーブロックと電磁石ブロックとの距離が近くなり、水平位置の誤差が少なく、光学的に精度の良い位置決めが可能であり、挿入損失を低減することができる。また、ガイドブロックを必要としないので、サイズの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができる。 According to the invention of claim 8, since the first layer also serves as the guide block, the guide block is not required. Therefore, the distance between the mirror block and the electromagnet block is reduced, the horizontal position error is small, and optically. Accurate positioning is possible, and insertion loss can be reduced. In addition, since no guide block is required, the size can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明の第1の実施形態に係る光スイッチについて図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る光スイッチの第1層の上面を示し、図2は、この光スイッチの断面を示す。この光スイッチ1は、例えば、Si基板からなる可動基板ブロック11(第1層)と、この可動基板ブロック11の下方に、例えば、プリント基板、又は、セラミック基板からなる固定基板ブロック41(第2層)が配置されており、各々が固定ピン53(第3ロッド)で連結された2層積層構造である。可動基板ブロック11の上面には、光信号の光路を切り替えるマイクロミラー21を有する可動ミラーブロックユニット20と、入出力用の光ファイバ13a〜13fと、固定ピン53を四隅に装着するための固定ピン装着穴12a〜12dとを備えている。固定基板ブロック41の上面には、電磁アクチュエータ31(電磁石)が実装され、下面には電磁アクチュエータの給電部32が実装されている。電磁アクチュエータ31は、後述するように平板51(第1ロッド)と接続ピン52(第2ロッド)とを介してマイクロミラー21a〜21dと上下方向に移動自在に連結しており、接続ピン52は、可動ミラーブロック23の下方に形成されたガイドブロック24を介してマイクロミラー21a〜21dに接続されている。それぞれの詳細な構成は後述する。
Hereinafter, an optical switch according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an upper surface of the first layer of the optical switch according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a cross section of the optical switch. The
可動基板ブロック11上の光ファイバ13a〜13fは、可動基板ブロック11の中心部に形成された可動ミラーブロックユニット20のマイクロミラー21a〜21dに向かうように配置されている。入力側の光ファイバ13aは、可動基板ブロック11の周縁の一辺から、マイクロミラー21a、21dの各中央部を通る平面上に延びるように、また、入力側の光ファイバ13bも、同様にマイクロミラー21bと21cの各中央部を通る平面上を延びるようにそれぞれ互いに平行に形成されている。出力側2の光ファイバ13eは、入力側の光ファイバ13a、13bが設置されせれた可動基板ブロック11の周縁の辺と対面する辺から、マイクロミラー21dと21aとの各中央部を通る平面上に延びるように、また、出力側2の光ファイバ13fも、同様に、マイクロミラー21cと21bとの各中央部を通る平面上を延びるようにそれぞれ互いに平行に形成されている。出力側1の光ファイバ13cは、入力側及び出力側2の光ファイバが設置されていない可動基板ブロック11の周縁の1つの辺から、マイクロミラー21bと21aとの各中央部を通る平面上に延びるように、また、出力側1の光ファイバ13dも、同様に、マイクロミラー21cと21dとの各中央部を通る平面上を延びるようにそれぞれ互いに平行に形成されている。
The
可動ミラーブロックユニット20の構成を図3に示す。可動ミラーブロックユニット20は、可動ミラーブロック23と、マイクロミラーを有するミラーユニットMと、コリメートレンズ22を保持するV溝25とを備えている。可動ミラーブロック23は、例えば、Si基板からなり、中央部を深くエッチングすることにより、マイクロミラー21a〜21dのミラー面を形成している。コリメートレンズ22は、光ファイバから入出射する光信号をコリメート(収束)するように光ファイバ13a〜13fに接続され、コリメートレンズ22の下方には、可動ミラーブロック23の周辺部を異方性エッチングすることによりV溝が形成されている。そのため、入力側の光ファイバから入射する光信号、及び、出力側光ファイバから出射する光信号は、コリメートレンズ22を通過するため、光スイッチの挿入損失を低減することができる。
The configuration of the movable
ミラーユニットMの構成を図4に示す。ミラーユニットMは、マイクロミラー基台27の上に形成されたマイクロミラー21と、マイクロミラー21の周囲に形成された支持バネ26とからなり、支持バネ26及びマイクロミラー基台27は、ミラーユニットMの底面部を貫通エッチングすることにより形成されている。マイクロミラー21は、入力側の光ファイバから入射した光信号を出力側光ファイバに反射させる角度に設定されており、例えば、マイクロミラー21aは、入力側の光ファイバ13aから入射された光信号を出力側1の光ファイバ13cに出射する方向に反射させる角度に設定されている。支持バネ26は、マイクロミラー21の上下移動をバネ力により支持している。なお、支持バネ26は、バネに限らず、弾力性のあるプラスチック等とすることもできる。
The configuration of the mirror unit M is shown in FIG. The mirror unit M includes a
次に、固定基板ブロック41の構成を図5に示す。固定基板ブロック41の上面には、電磁アクチュエータ31a〜31dと、固定ピン53を四隅に装着するための固定ピン装着穴42a〜42dとを備えている。複数の電磁アクチュエータ31は、電磁アクチュエータブロック30(電磁石ブロック)を形成している。固定ピン装着穴42a〜42dと、可動基板ブロック11上の固定ピン装着穴12a〜12dとは、固定ピン53により連結されており、例えば、可動基板ブロック11上の固定ピン装着穴12aに、固定ピン53の一端を嵌入し、固定基板ブロック41上の固定ピン装着穴42aに、この固定ピン53の他端を嵌入することにより連結される。これにより、可動基板ブロック11の下方に固定基板ブロック41を配置し、光スイッチ1を簡単に2層積層構造とすることができる。従って、光スイッチ1の組立て時の工数を低減できるため、製造コストを低減することができる。
Next, the configuration of the fixed
電磁アクチュエータ31a〜31dは、可動ミラーブロック23の中心と垂直に交差する位置から同心円状に配列されており、電磁アクチュエータ31aと31cとが固定基板ブロック41の対角線上に対面する位置に、電磁アクチュエータ31bと31dとが上記とは別の対角線上に対面する位置に実装されている。電磁アクチュエータの構成を図6に示す。電磁アクチュエータ31は、内部にアマチュア33(可動片)と、アマチュア33の中央を支持する支持部34とを備え、下部には給電部32を備えている。
The
電磁アクチュエータ31に平板51及び接続ピン52を取り付けた構成を図7、図8に示す。アマチュア33の一端と平板51の一端とが固定され、この平板51の他端と接続ピン52の一端とが上下方向に移動自在に連結され、この接続ピン52の他端とマイクロミラー基台27とがガイドブロック24を介して固定されている。アマチュア33の平板51が接続されていない一端をP1、アマチュア33と平板51とが接続されている箇所をP2、平板51と接続ピン52とが連結されている箇所をP3とすると、平板51と接続ピン52との連結点P3からアマチュア33の支持部34までの距離は、アマチュア33の一端P1から支持部34までの距離よりも長い。図8(a)は、マイクロミラー21が没入位置にある状態を示し、図8(b)は、マイクロミラーが突出位置にある状態を示している。
A configuration in which the
ガイドブロック24の構成を図9に示す。ガイドブロック24は、複数の貫通した孔28が形成されており、この孔28は、マイクロミラー21の真下方向に位置している。そして、接続ピン52は、孔28を貫通して、マイクロミラー基台27に接続されている。そのため、マイクロミラー21を真下から垂直に押し上げるので、マイクロミラー21を確実に上下方向に移動させることができ、挿入損失を低減することができる。
The configuration of the
次に、上記のように構成された本実施形態に係る光スイッチの動作を説明する。この光スイッチ1のオン状態とオフ状態の切り替えは、電磁アクチュエータ31の給電部32への給電を制御することにより行う。給電していない場合、図8(a)に示したように、マイクロミラー21は没入位置にある。このとき、給電部32に給電を行うと、アマチュア33に磁束が発生するため、電磁力が生じ、この電磁力によりアマチュア33の一端P1が下に吸引され、アマチュア33の中央は支持部34により支持されているため、アマチュア33の他端が押し上げられる。このため、アマチュア33に接続された平板51が押し上げられ、平板51に接続された接続ピン52が押し上げられ、マイクロミラー基台27を押し上げる。このとき、この押し上げる力が支持バネ26のバネ力よりも強いと、図8(b)に示したように、マイクロミラー21は没入位置から突出位置に移動する。このように、マイクロミラーの状態をオフ状態からオン状態に切り替えることができる。
Next, the operation of the optical switch according to the present embodiment configured as described above will be described. Switching of the
次に、給電部32への給電を停止すると、アマチュア33の磁束が消えるため、電磁力が消滅する。そして、アマチュア33の一端P1を吸引する力が抑制されるので、平板51を押し上げる力が抑制され、平板51に接続された接続ピン52を押し上げる力が抑制され、この接続ピン32がマイクロミラー基台27を押し上げる力が抑制される。このとき、押し上げる力が支持バネ26のバネ力より弱くなると、バネ力により、マイクロミラー21は突出位置から没入位置に移動する。このように、マイクロミラーの状態をオン状態からオフ状態に切り替えることができる。
Next, when the power supply to the
また、上述したように、アマチュア33の中央は支持部34により支持されているため、アマチュア33の一端P1が上下に移動すると、これとは逆向きにアマチュア33の他端P2が上下に移動し、また、アマチュア33に接続された平板51もアマチュア33の他端P2と同様の向きに移動する。このとき、アマチュア33の一端P1とアマチュア33の他端P2の上下移動距離は同じであるが、平板51と接続ピン52との連結点P3の上下移動距離は、平板51の長さ分だけテコ比が大きくなるため長くなる。そのため、アマチュア33の一端P1の上下移動距離が短い場合でも、平板51と接続ピン52との接続箇所P3の上下移動距離を長くすることが可能となり、光スイッチ1が扁形であっても、マイクロミラー21を十分に上下に移動させることができ、挿入損失の低減を図ることが可能となる。なお、平板51及び接続ピン52に軽量なものを用いると、マイクロミラー21の上下移動を早く行うことも可能である。
As described above, since the center of the
次に、光信号の動作について、図10、及び図11を参照して説明する。図10は、マイクロミラー21a、21cが突出位置に、マイクロミラー21b、21dが没入位置にある状態を図10に示す。このとき、入力側の光ファイバ13aから入射された光信号F1は、マイクロミラー21aのミラー面で反射して、出力側1の光ファイバ13cへ出射される。また、入力側の光ファイバ13bから入射された光信号F2は、マイクロミラー21bのミラー面の上側を通過して、マイクロミラー21cのミラー面で反射し、出力側1の光ファイバ13dへ出射される。これにより、出力側光ファイバ13c、13dはオン状態となり、出力側光ファイバ13e、13fはオフ状態となる。
Next, the operation of the optical signal will be described with reference to FIG. 10 and FIG. FIG. 10 shows a state in which the
図11は、マイクロミラー21a〜21dが没入位置にある状態を示す。このとき、入力側の光ファイバ13aから入射された光信号F1は、マイクロミラー21a、21cのミラー面の上側を通過し、反射することなく直線に進むため、出力側2の光ファイバ13fへ出射される。また、入力側の光ファイバ13bから入射された光信号F2は、マイクロミラー21b、21dのミラー面の上側を通過し、反射することなく直線に進むため、出力側2の光ファイバ13eへ出射される。これにより、出力側光ファイバ13e、13fはオン状態となり、出力側光ファイバ13c、13dはオフ状態となる。
FIG. 11 shows a state where the
また、入力側の光ファイバ13a、13bから入射する光信号は、コリメートレンズ22を通過し、また、出力側光ファイバ13c〜13fに出射される際にも、コリメートレンズ22を通過してから、光ファイバに向かう。そのため、光信号がコリメートレンズ22によって、コリメート(収束)されるため、光スイッチ1の挿入損失を低減させることができる。
In addition, optical signals incident from the input-side
次に、本発明の第2の実施形態に係る光スイッチについて、図12、及び図13を参照して説明する。この光スイッチ1は、可動ミラーブロック23の上面に、例えば、ガラス材質からなるガイドキャップ29が、例えば、陽極接合などによって接合されている以外は、第1の実施形態の構成と同様である。
Next, an optical switch according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 12 and FIG. The
図13は、本実施形態に係る光スイッチ1の可動ミラーブロック23の構成を示す。可動ミラーブロック23上に形成されたガイドキャップ29は、コリメートレンズ22をV溝25に押さえつけて可動ミラーブロック23に接合されている。これにより、接着剤等を使用することなく、コリメートレンズ22をV溝25に固定することができるため、接着剤等の厚みによりコリメートレンズ22の位置が、光学的に精度の良い位置からズレてしまうことを防止できる。従って、本実施形態に係る光スイッチは、挿入損失を低減させることができる。また、ガイドキャップ29が、マイクロミラー21a〜21dを覆うため、マイクロミラー21a〜21dに直接触れることがなく、組立て時に人がマイクロミラーを破損することを防ぐことができる。
FIG. 13 shows the configuration of the
上記のように構成された本実施形態に係る光スイッチにおいては、第1の実施形態と同様に電磁アクチュエータ31の給電部32への給電を制御して、オン/オフ状態の切り替えを行う。このとき、ガイドキャップ29は光スイッチ1の動作に影響を及ぼさないため、光スイッチ1は、第1の実施形態と同様の動作が得られる。
In the optical switch according to the present embodiment configured as described above, the power supply to the
次に、本発明の第3の実施形態に係る光スイッチについて図14、及び図15を参照して説明する。この光スイッチ1は、可動基板ブロック11の可動ミラーブロック23が実装されている面とは反対側に面に、可動ミラーブロック23の中心と垂直に交差する位置から同心円状に電磁アクチュエータ31が実装されており、固定基板ブロックと固定ピンとを備えていない以外は、第1の実施形態に係る光スイッチと同様である。そのため、光スイッチの小型化を図ることができ、製造コストを低減することができる。また、可動ミラーブロック23と電磁アクチュエータ31とが、同一基板上に実装されているので、可動基板ブロックと固定基板ブロックとの水平方向のズレによる水平位置の誤差が少なく、光学的に精度の良い位置決めが可能であり、挿入損失を低減できる。
Next, an optical switch according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this
また、本実施形態に係る光スイッチのアマチュア33とマイクロミラー21との接続構成は図15に示したように、電磁アクチュエータ31のアマチュア33の一端の下面に平板51の一端が接続されている以外は、第1の実施形態に係る光スイッチと同様である。図15(a)は、マイクロミラー21が没入位置にある状態を示し、図15(b)は、マイクロミラー21が突出位置にある場合を示す。
Further, as shown in FIG. 15, the connection configuration between the
上記のように構成された本実施形態に係る光スイッチの動作を説明する。この光スイッチ1のオン状態とオフ状態の切り替えは、第1の実施形態に係る光スイッチと同様に、電磁アクチュエータ31の給電部32への給電を制御することにより行う。給電していない場合、図15(a)に示したようにマイクロミラー21は没入位置にある。このとき、給電部32の給電を行うと、アマチュア33に磁束が発生し、アマチュア33の一端P1が下に吸引されるため、第1の実施形態と同様に、マイクロミラー21は、図15(b)に示したように、没入位置から突出位置に移動する。また、給電部32への給電を停止すると、第1の実施形態と同様に、アマチュア33の一端P1を吸引する力が抑制されるため、マイクロミラー21は突出位置から没入位置に移動する。そのため、本実施形態に係る光スイッチ1のマイクロミラーの動作は、第1の実施形態と同様である。
The operation of the optical switch according to this embodiment configured as described above will be described. The switching between the on state and the off state of the
次に、本発明の第4の実施形態に係る光スイッチについて図16を参照して説明する。この光スイッチ1は、可動ミラーブロック23の下面に、例えば、ガラス材質からなるガイドブロック24を、例えば、陽極接合により接合している以外は、第3の実施形態と同様の構成である。これによって、マイクロミラー21の真下に確実にガイドブロック24の孔28を位置することができるため、ガイドブロック24の水平方向のズレによる水平位置の誤差が少なくなり、光学的に精度の良い位置決めができ、挿入損失を低減することができる
Next, an optical switch according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
上記のように構成された本実施形態に係る光スイッチにおいては、第3の実施形態と同様に電磁アクチュエータ31の給電部32への給電を制御して、オン/オフ状態の切り替えを行う。このとき、ガイドブロック24と可動ミラーブロック23とが接合されていることは光スイッチ1の動作に影響を及ぼさないため、光スイッチ1は、第3の実施形態と同様の動作が得られる。
In the optical switch according to the present embodiment configured as described above, the power supply to the
次に、本発明の第5の実施形態に係る光スイッチについて図17を参照して説明する。この光スイッチ1は、可動基板ブロック11がガイドブロックを兼用していること以外は、第4の実施形態に係る光スイッチと同様であり、可動基板ブロック11には、第4の実施形態のガイドブロックと同様に、複数の貫通した孔(図示なし)が形成されている。また、この孔は、マイクロミラー21の真下方向に位置しており、接続ピン52が、この孔を貫通して、マイクロミラー基台(図示なし)に接続されている。そのため、可動ミラーブロック23のマイクロミラー21と電磁アクチュエータ31のアマチュア33との距離が近くなり、なおかつ、同一基板上に実装されているため、水平位置の誤差が少なくなり、光学的に精度の良い位置決めが可能であり、挿入損失を低減することができる。また、ガイドブロックを必要としないので、サイズの小型化、及び、製造コストの低減を図ることができる。なお、可動基板ブロック11が、例えば、ガラス材質などからなり、可動基板ブロック11の上面に可動基板ブロック23が、例えば、陽極接合により接合されている場合、可動基板ブロック11と可動基板ブロック23との水平方向のズレによる水平位置の誤差を少なくすることができ、さらに光学的に精度の良い位置決めが可能となり、挿入損失を低減することができる。また、本実施形態では、可動基板ブロック11がガイドブロックを兼用している例を示したが、ガイドブロックが可動基板ブロック11を兼用してもよい。
Next, an optical switch according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The
上記のように構成された、本実施形態に係る光スイッチにおいては、第4の実施形態と同様に電磁アクチュエータ31の給電部32への給電を制御して、オン/オフ状態の切り替えを行う。このとき、可動基板ブロック11がガイドブロックを兼用していることは光スイッチ1の動作に影響を及ぼさないため、光スイッチ1は、第4の実施形態と同様の動作が得られる。
In the optical switch according to the present embodiment configured as described above, the on / off state is switched by controlling the power feeding to the
なお、本発明は、上記各実施形態の構成に限られず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、アマチュア33を支持する支持部34を中央に配置せず、中間部の任意の場所に配置した場合でも、平板51をアマチュア33の一端に接続し、尚且つ、平板51と接続ピン52との連結点P3からアマチュア33の支持部34までの距離が、アマチュア33の一端から支持部34までの距離よりを長い場合は、本発明と同様に効果を生じる。そのため、アマチュアの一端の上下移動距離が短い場合でも、マイクロミラーの上下移動距離を長くすることができる。
The present invention is not limited to the configuration of each of the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, the
上記各実施形態は、2入力2出力(2×2)の光スイッチについて例示したものであるが、本発明はこれに限られず、3以上の入力及び3以上の出力を持つ光スイッチに対しても適用することができる。また、上記各実施形態の可動基板ブロック11及び固定基板ブロック41の平面が、四角形のものを示したが、これに限定されるものではなく、方形、他の多角形、円形等であっても構わない。
Each of the above embodiments is an example of a two-input two-output (2 × 2) optical switch. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is applied to an optical switch having three or more inputs and three or more outputs. Can also be applied. Moreover, although the plane of the
1 光スイッチ
11 可動基板ブロック(第1層)
12 固定ピン装着穴(第3ロッドを装着する穴)
13a 光ファイバ
21 マイクロミラー
22 コリメートレンズ
23 可動ミラーブロック(ミラーブロック)
24 ガイドブロック
25 V溝
26 支持バネ
27 マイクロミラー基台
28 孔
29 ガイドキャップ(キャップ)
30 電磁アクチュエータブロック(電磁石ブロック)
31 電磁アクチュエータ(電磁石)
32 給電部
33 アマチュア(可動片)
34 支持部
41 固定基板ブロック(第2層)
42 固定ピン装着穴(第3ロッドを装着する穴)
51 平板(第1ロッド)
52 ピン(第2ロッド)
53 固定ピン(第3ロッド)
1
12 Fixing pin mounting hole (hole for mounting the third rod)
24 Guide Block 25
30 Electromagnetic actuator block (electromagnet block)
31 Electromagnetic actuator (electromagnet)
32
34 Supporting
42 Fixing pin mounting hole (hole for mounting the third rod)
51 Flat plate (first rod)
52 pin (second rod)
53 Fixing pin (third rod)
Claims (8)
上下方向に可動な複数のマイクロミラーからなるミラーブロックと、
前記マイクロミラーの各々を駆動するための複数の電磁石からなる電磁石ブロックと、
光信号が入出力される光路を形成する複数のコリメートレンズと、を備え、
前記ミラーブロック及びコリメートレンズは、1つの基板層(第1層という)上に配置されるとともに、前記電磁石ブロックは、前記第1層と積層構造のもう一つ基板層(第2層という)上に配置されて、2層積層構造とされ、
前記ミラーブロックを中心として、前記コリメートレンズの各々は放射方向に軸心を持つように配置され、
前記電磁石の各々は、前記ミラーブロックを中心として同心円状に配列され、
前記電磁石の揺動する可動片と前記マイクロミラーとは、上下方向に移動自在に支持されたロッドを介して連結されており、
前記電磁石の作動により、前記マイクロミラーが移動し、該マイクロミラーが突出位置にあるときに、1つのコリメートレンズを通る入射光は、該マイクロミラーで反射して、他の方向のコリメートレンズから出射され、該マイクロミラーが没入位置にあるとき、前記入射光は該マイクロミラーで反射することなく、同方向のコリメートレンズから出射されるようにしたことを特徴とする光スイッチ。 In the matrix type optical switch that switches the optical path by making the micromirrors arranged in the optical path where the optical signal is transmitted appear and disappear,
A mirror block composed of a plurality of micromirrors movable in the vertical direction;
An electromagnet block comprising a plurality of electromagnets for driving each of the micromirrors;
A plurality of collimating lenses that form an optical path through which optical signals are input and output, and
The mirror block and the collimating lens are disposed on one substrate layer (referred to as a first layer), and the electromagnet block is disposed on another substrate layer (referred to as a second layer) having a laminated structure with the first layer. Arranged in a two-layer laminated structure,
Centering on the mirror block, each of the collimating lenses is arranged to have an axial center in a radial direction,
Each of the electromagnets is arranged concentrically around the mirror block,
The movable piece that the electromagnet swings and the micromirror are connected via a rod that is supported so as to be movable in the vertical direction,
When the micro-mirror is moved by the operation of the electromagnet and the micro-mirror is at the protruding position, incident light passing through one collimating lens is reflected by the micro-mirror and emitted from the collimating lens in the other direction. The optical switch is characterized in that when the micromirror is in the immersion position, the incident light is emitted from the collimating lens in the same direction without being reflected by the micromirror.
前記可動片の一端部が上下に移動するとき、該可動片の他端部は該可動片の一端部とは逆向きに上下に移動し、
前記ロッドが、第1ロッドと第2ロッドとを有し、
前記第1ロッドの他端と第2ロッドの一端とが、上下方向に移動自在に連結され、
前記第1ロッドの一端が、前記可動片の一端に固定されるとともに、第2ロッドの他端が、前記マイクロミラーに固定され、
前記第1ロッドと前記第2ロッドとの連結点から前記可動片の支持部までの距離は、該可動片の他端部から該可動片の支持部までの距離より長いものであることを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 The movable piece has a support portion supported by an intermediate portion;
When one end of the movable piece moves up and down, the other end of the movable piece moves up and down in the direction opposite to the one end of the movable piece,
The rod has a first rod and a second rod;
The other end of the first rod and the one end of the second rod are connected to be movable in the vertical direction,
One end of the first rod is fixed to one end of the movable piece, and the other end of the second rod is fixed to the micromirror.
The distance from the connection point of the first rod and the second rod to the support portion of the movable piece is longer than the distance from the other end portion of the movable piece to the support portion of the movable piece, The optical switch according to claim 1.
前記ガイドブロックの孔の各々は、前記マイクロミラーの各々の真下方向に位置し、
前記ロッドが、前記ガイドブロックの孔を貫通して、前記マイクロミラーの真下方向に固定されていることを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 Located below the mirror block, comprising a guide block provided with a plurality of through holes,
Each of the holes of the guide block is located directly below each of the micromirrors,
The optical switch according to claim 1, wherein the rod passes through a hole of the guide block and is fixed in a direction directly below the micromirror.
前記第1層の穴に前記第3ロッドの一端が嵌入され、前記第2基板の穴に該第3ロッドの他端が嵌入されることにより、前記第1層と前記第2層とを連結していることを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ。 The first layer and the second layer include a hole for mounting a third rod for connecting the first layer and the second layer;
One end of the third rod is inserted into the hole of the first layer, and the other end of the third rod is inserted into the hole of the second substrate, thereby connecting the first layer and the second layer. The optical switch according to claim 1, wherein:
前記ガイドブロックの孔の各々は、該マイクロミラーの各々の真下に位置していることを特徴とする請求項3に記載の光スイッチ。 The guide block is joined directly under the mirror block,
4. The optical switch according to claim 3, wherein each of the holes of the guide block is located immediately below each of the micromirrors.
The optical switch according to claim 6, wherein the first layer also serves as the guide block.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005181395A JP2007003637A (en) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Matrix type light switch |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005181395A JP2007003637A (en) | 2005-06-22 | 2005-06-22 | Matrix type light switch |
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