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JP3212554B2 - 光学的スイッチ - Google Patents

光学的スイッチ

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JP3212554B2
JP3212554B2 JP13348598A JP13348598A JP3212554B2 JP 3212554 B2 JP3212554 B2 JP 3212554B2 JP 13348598 A JP13348598 A JP 13348598A JP 13348598 A JP13348598 A JP 13348598A JP 3212554 B2 JP3212554 B2 JP 3212554B2
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support
movable plate
plane
actuator
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ジェイ．ビショップ デヴィッド
エル．ガンメル ピーター
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Lucent Technologies Inc
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光学的スイッチに
関する。
【０００２】
【従来の技術】光学的スイッチは、光ファイバの光出力
をオン又はオフにしたり、あるいは、様々な異なるファ
イバへと配向するのに用いることが出来る。これらスイ
ッチは多くの異なるアプリケーションにおいて用いるこ
とができ、例えば、波長分割多重化システムにおける負
荷／ドロップマルチプレキサのようなデバイス、再構築
可能なネットワーク、損傷しやすいコンポーネントのホ
ット状態でのバックアップ等において用いることができ
る。このようなアプリケーションや他のアプリケーショ
ンでは、適度な速度、低い挿入損失、高いコントラスト
比、低い製造コストの光学的スイッチの必要性がある。
【０００３】既知の光学的スイッチは一般に、以下の２
つのグループに分類できる。１つのグループは、バルク
光メカニカルスイッチと呼ばれる。このようなスイッチ
では通常レンズと組み合わせられる入力ファイバは、第
１の位置から少なくとの第２の位置へと物理的に変換す
ることができる。各位置にて、入力ファイバは随意に、
異なる出力ファイバへと接続する。バルク光メカニカル
スイッチは、低コスト、低い挿入損失、低いバック反
射、偏光に感受性がない等の多くの望ましい特徴を有す
る。しかし、このような光メカニカルスイッチは遅く、
０．１〜１０秒の間の応答時間を有する。
【０００４】光学的スイッチの第２のグループは、集積
光学的スイッチと呼ばれる。このようなスイッチでは、
入力ファイバはプレーナ型導波路（通常、ニオブ酸リチ
ウム、シリコン）へとつながっている。出力ファイバ
は、導波路の様々な出力ポートへと接続されている。導
波路へ電圧を印加させるとその導波路の多くの領域の屈
折率を変えるような電気光学効果は、プレーナ型導波路
を移動する光信号の経路を変えるのに用いられる。この
方法により、入力信号は多くの出力ファイバの内の１つ
へとスイッチングすることができる。このようなスイッ
チは高速であるが、とても高価であり、しばしば偏光に
感受性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、光メカニカ
ルスイッチの望ましい特性を有する低コストの光学的ス
イッチであってスイッチング速度がかなり大きいものを
提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】ヒンジ処理されたプレー
トからなる静電駆動アクチュエータを用いる光学的スイ
ッチを開示する。「平面内(in-plane)」光学的スイッチ
は、２つの垂直方向の電極からなるアクチュエータおよ
びこのアクチュエータから光デバイスへの連結手段を有
する。電極の１つは可動で、電極の他方は固定されてい
る。光デバイスは、光学的に通信するために位置あわせ
された２つの分離された光ファイバの近傍に位置する。
光デバイスは、必要な大きさの水平又は平面内の配置の
際、光ファイバの光ファイバの光学的コアにより規定さ
れる光学的パスの内外へと動かすことができる。
【０００７】制御電圧源により電極をまたがって電圧を
加えると、可動電極は固定電極の方へスイングする。可
動電極の実質的に水平な配置は、リンク仕掛により光デ
バイスへと移る。結果として、光デバイスは、可動電極
の前後の振動が運動の関数として、光パスに対して、水
平に、パスが存在する平面内に、あるいは光パスを外れ
て移動する。
【０００８】平面を外れた（out-of-plane）光学的スイ
ッチは、少なくとも１つの水平に配置され、支持体の導
電性領域の上につるされた垂直方向に可動な電極と、お
よび可動部から光デバイスへのリンク仕掛とを有する。
電極と導電性領域をまたがって制御電圧源から電圧が加
えられると、垂直可動電極は、導電性領域の方へ下に移
動する。リンク仕掛は、ティーター（teeter）やシーソ
ー方式により構成したビームおよびピボット部材である
ことが好ましく、リンク仕掛は、電極の垂直又は平面外
振動型運動(out-of-plane oscillatory-type motion)を
２つの光ファイバの間に位置する光デバイスへと移す。
光デバイスは、電極の運動の関数として光ファイバの光
コアにより規定された光パスの垂直方向および光パスを
外れるように移動する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、マイクロメカニカルヒ
ンジプレートアクチュエータおよびこれを取り入れた光
学的スイッチに関する。このような光学的スイッチは、
多様な光システムにおいて用いることができ、例えば、
パケットルーター、ＡＤＭ、再構成可能なネットワーク
などで用いることができる。
【００１０】本発明に従うと、前述のヒンジプレートア
クチュエータは、光信号のパスの内外へと光デバイスを
移動させるのに用いる。第１実施例では、アクチュエー
タおよび光学的スイッチは、平面内スイッチングを提供
するように構成され、第２実施例では、アクチュエータ
および光学的スイッチは平面外スイッチングを提供する
ように構成する。
【００１１】本明細書では、用語、「平面内」、水平、
「平面外」および垂直は、光学的スイッチが存在する支
持体上の表面に対する方向や位置に関して用いている。
例えば、平面内または水平運動は、支持体の表面に平行
な方向における運動を意味する。
【００１２】図１は、本発明に従う平面内光学的スイッ
チ２ａの一実施例である。
【００１３】光学的スイッチ２ａは、ヒンジ付きプレー
トアクチュエータ４ａ、光デバイス８およびリンク仕掛
６ａを有する。光学的スイッチ２ａおよび２つの導波路
１２、１４は、支持体１６上に位置する。リンク仕掛６
ａは、ヒンジ付きプレートアクチュエータ４ａを光デバ
イス８へと機械的にリンクあるいは相互接続する。リン
ク仕掛６ａは、軸１−１に沿って位置し、この軸１−１
は、導波路１２および１４の間のギャップ１０を通り抜
ける。明細書の簡明さのため、導波路１２、１４は、光
ファイバとして示した。しかし、本発明の光学的スイッ
チは、他の光電送媒体とともに用いることができる。
【００１４】リンク仕掛６ａと光デバイス８は、光デバ
イスがファイバの間を移動する光信号のパスにある第１
位置と、光パスの外にある第２位置との間を動くことが
できるように、導波路１２、１４に対して位置する。上
述のようにアクチュエータ４ａはリンク仕掛６ａへの平
面内運動に関与するので、光デバイス８は、水平に前後
して移動（レシプロケーティング運動のように）し、光
パスの内外へと移動してこれは方向ベクトル１９で示し
てある。また、光学的スイッチ２ａは、アクチュエータ
４ａが作動（アクチュエート）しているときに光デバイ
ス８が第１位置（光パス内）にあり、逆に作動していな
いときには第２位置（光パスの外）にあるように構成す
ることができる。
【００１５】光デバイス８は、同様な方法により光信号
に作用することができる多くの構造のうちいずれでも良
い。例えば、光デバイス８は、誘電体ミラー、誘電体フ
ィルター、偏光子、減衰機および周波数倍化装置のよう
な非線形光オートを有するデバイスなどであることがで
きる。
【００１６】図２には、アクチュエータ４ａの一実施例
を示す。アクチュエータ４ａは、お互い空間を明けて離
れた固定電極２０および可動電極３０を有する。好まし
い実施例において、下に述べる光学的スイッチ２ａの他
の要素と同様に固定電極２０、可動電極３０は、ヒンジ
板として実送される。このようなヒンジ板は、マイクロ
メカニクスの分野において周知である。文献、Pister e
t al.,“Microfabricated Hinges,"vol.33,Sensors and
Actuators A,pp.249-56,1992 を参照するとよい。この
ようなヒンジ板と共に用いることが適しているヒンジ
は、本発明者らによる同日出願米国特許出願“METHOD A
ND APPARATUS FOR MAKING A MICRODEVICE”（特願平10-
132893に対応する）に記載されている。
【００１７】前述のように、固定電極２０は、支持体１
６にヒンジ１８等によってヒンジされるのが好ましい。
支持プレート２６は、固定電極２０を直立位置あるいは
平面外位置に支持するのに用いることが好ましい。図示
した実施例では、支持プレート２６は、ノッチ２７にお
いて固定電極２０の縁２１を受ける。支持プレート２６
は、ヒンジ２８によって支持体１６にヒンジされている
のが好ましい。この好ましい実施例では、第２の支持プ
レート（図示せず）を支持プレート２６と共に用いて、
固定電極２０の縁２３を受けるようにする。
【００１８】可動電極３０は、フレーム３６の横断部材
３８からつるし手段４０によりつるされている。つるし
手段４０は、可動電極３０が固定電極２０の方向にスイ
ング（振る）できるように適切に構成している。図２に
示した実施例では、つるし手段４０はヒンジである。図
３にはつるし手段４０の別の実施例を示してあり、これ
はフレーム３６と可動電極３０の部分図である。このつ
るし手段４０の別の実施例では、複雑に曲がった可とう
性部材（アップライト）３９を有する。アップライト３
９は、可動電極３０が固定電極２０の方にスイングする
ことを可能なように可とう性を示す。上のように機能す
るために適切なつるし手段４０の他の構成も適切に用い
ることができる。
【００１９】フレーム３６はヒンジ４２により支持体１
６にヒンジされている。支持プレート４４は、フレーム
３６を平面外位置に支持するのに用いることが好まし
い。図示した実施例では、支持プレート４４はフレーム
３６のアップライト３７をノッチ４６において受ける。
支持プレート４４は、ヒンジ４８によって支持体１６に
ヒンジされることが好ましい。好ましい実施例では、第
２の支持プレート（図示せず）を支持プレート４４と共
に用いて、フレーム３６のアップライト３９を受けるよ
うにする。
【００２０】固定電極２０は、導体２４およびボンドパ
ッド２２を介して制御電圧源（図示せず）に電気的に接
続されている。図示した実施例では、可動電極３０は、
適切な長さおよび可とう性を有する導体３４を介して制
御電圧源に電気的に接続されている。代わりに、ボンド
パッド３２は、第１の導体を介してフレーム３６に電気
的に接続し、フレーム３６は第２の導体を介して可動電
極３０に電気的に接続されていてもよい。別の実施例で
は、つるし手段４０はフレーム３６と可動電極３０の間
の電気的接続を与えることができる。
【００２１】固定電極２０および可動電極３０は、制御
電圧源による電圧の印加の際に可動電極３０が固定電極
２０の方へスイングさせるのに十分な電極の間の静電引
力を発生させるように適切な間隔をあけている。固定電
極２０、可動電極３０が短絡することを防ぐために、絶
縁材の小さなバンプ（図示せず）を固定電極２０や可動
電極３０または両方の電極の隣接している表面側上に配
置することができる。この絶縁材料は、例えば、接着剤
のような誘電体とすることができる。このような接着剤
のバンプは、ミクロンサイズあるいはサブミクロンサイ
ズの寸法を有することが好ましい。このような接着剤の
バンプを配置する方法は、上記米国特許出願に記載され
ている。代わりに、電極の間の接触を防ぐ他の適切な構
造を用いることができる。
【００２２】図４には、リンク仕掛６ａの実施例を示し
てある。図４の実施例では、リンク仕掛６ａは、スレッ
ド（そり構造）５０と、およびスレッド５０にヒンジ７
２によってヒンジされた光デバイス支持体６８とにより
構成する。光デバイス支持体６８は、光デバイス８が配
置されている突起７０を有する。支持プレート２６およ
び支持プレート４４と同様な支持プレート（図示せず）
をスレッドに取り付けて、導波路１２、１４の間に突き
出るように光デバイス支持体６８を直立の平面外位置に
支持するのに用いることができる。代わりに、接着剤を
単独で、あるいは上の支持プレートと共に用いて、光デ
バイス支持体６８を平面外位置に固定してもよい。この
ような接着剤は、上記特許出願に記載された方法により
配置するのが好ましい。
【００２３】スレッド５０は、可動電極３０に連結ある
いは取り付けられた第１部材５２と、および光デバイス
支持体６８が取り付けられた第２部材６６とを有する。
好ましい実施例では、第１部材５２、第２部材６６は、
ヒンジ５４を介してお互いつながっている。ヒンジ５４
は、平面外運動のデカップラとして機能する。すなわ
ち、ヒンジ５４は、第１部材５２が第２部材６６とは独
立に平面外方向に運動することを可能にする。このこと
により、光パスに入ったり出たりする光デバイス８のパ
スは、可動電極３０の固定電極２０に対するスイング運
動の結果としてのスレッド５０に発生する運動の平面外
成分によっては影響されないことを確実にする。図５に
は、ヒンジ５４の実施例を示してある。
【００２４】図５の実施例において、ヒンジ５４は、相
互に指状構造を有するフィンガ部材５８ａ〜ｄ、フィン
ガ部材６２ａ〜ｃにより構成する。フィンガ部材５８ａ
〜ｄは、第１部材５２の端５６の部分にある。フィンガ
部材５８のそれぞれは、バー６０が取り付けられてい
る。フィンガ部材６２ａ〜ｃは、第２部材６６の端６４
にある。フィンガ部材６２ａ〜ｃのそれぞれは、フィン
ガ部材５８ａ〜ｄの間に交互に配置され、バー６５に取
り付けられている。代わりに、複数のヒンジをアクチュ
エータ４ａに加えられた応力にたえることができるよう
に用いることができる。
【００２５】ここで、第１部材５２の平面外運動を第２
部材６６からデカップルすることができるヒンジ５４で
はない他の構造または構成を用いることができる。
【００２６】引き続き図４において、光デバイス支持体
６８の突起７０は、２つの間隔をあけられた導波路１
２、１４の間のギャップ１０において位置する。アクチ
ュエータ４ａが作動すると（電圧が加えられると）、可
動電極３０は固定電極２０の方向に動かされる。結果と
して、スレッド５０は、１３、１５により規定される光
パスと一致する軸２−２から離れる（すなわち、スレッ
ド５０は図４の左側に移動する）。スレッド５０に取り
付けられた光デバイス支持体６８および光デバイス支持
体６８に配置された光デバイス８は、光パスから外れる
ように移動する。図４には上のような作動した状態を示
してある。
【００２７】スプリング７４のような回復力を提供する
適切な構造が第２部材６６の縁７６、７７に取り付けら
れ、スプリング端７８における支持体１６に取り付けら
れる。作動電圧が除去されると、スプリング７４は回復
力あるいはバイアスを提供して、スレッド５０をその非
作動位置へと戻す。このような状態では、可動電極３０
は３〜３に沿って垂直にぶら下がる。図４において、非
作動状態ではスレッド５０は軸２−２に向かって移動す
る。固定電極２０、可動電極３０の間の間隔は、非作動
状態において光デバイス支持体６８が光パスを交差する
ように設定される。また、スプリング７４は軸２−２の
方向のいかなる運動をも最小化するように構成する。
【００２８】上述の平面外電極構成は、大きな平面内運
動を作ることができる。固定電極２０、可動電極３０、
ヒンジおよび多くの支持プレートは、標準的なフォトリ
ソグラフィー技術により製造することができる。固定電
極２０、可動電極３０が導電性でなくてはならないの
で、これらはポリシリコンのような導電性物質により形
成されたり、あるいは非導電性物質で形成された場合に
は、導電性を与えるために金属により被覆されなければ
ならない。光学的スイッチからなる多くのヒンジされた
要素をパターン化したあと、これらの要素は支持体１６
上にフラット（平面内）に横たわるようにする。光学的
スイッチは、多くの要素の自由端を上げて平面外に回動
するように用いて組み立てる。固定電極２０、可動電極
３０および光デバイス支持体６８のような要素は、支持
体に垂直に配向するのが好ましいが、支持プレートのよ
うな他の要素は垂直に配向した要素を安定させるのに適
した垂直状態から一定の角度を成していることが好まし
い。好ましい実施例では、細い棒のようなリフト部材
（図示せず）を各ヒンジされた要素に取り付けて、各要
素を支持体１６から持ち上げるのに用いる。
【００２９】上述の光学的スイッチ２ａは、「平面内」
スイッチとしての特徴を有する。別の実施例では、平面
外の光学的スイッチ２ｂは、光デバイス８に平面外運動
（方向ベクトル１９により示した）を与えるように構成
するアクチュエータ４ｂを有する。図６は、このような
光学的スイッチ２ｂの実施例の簡略図を示す。
【００３０】光学的スイッチ２ｂは、アクチュエータ４
ｂ、光デバイス８およびリンク仕掛６ｂを有する。光学
的スイッチ２ｂおよび２つの導波路１２、１４は、支持
体１６の上に配置される。リンク仕掛６ｂは、アクチュ
エータ４ｂを光デバイス８へと機械的に連結（相互接
続）する。リンク仕掛６ｂは、光ファイバの間のギャッ
プ１０を通り抜けるように軸１−１に沿って位置する。
【００３１】リンク仕掛６ｂおよび光デバイス８は、導
波路１２、１４に対して、導波路１２、１４の間に伝わ
る光信号のパス内にあるような第１位置と、およびこの
ような光パスからは外れた第２位置との間を運動するこ
とができる。上述のようにアクチュエータ４ｂはリンク
仕掛６ｂに垂直あるいは平面外運動を与えるので、光デ
バイス８は光パスに入ったり出たりするようにほぼ上下
運動あるいはほぼ垂直なレシプロケート運動（往復運
動）をする。ここで、光学的スイッチ２ｂは、アクチュ
エータ４ｂが作動しているときに光デバイス８が第１位
置（光パス内）にあって、逆に作動していないときに第
２位置（光パス外）にあるように構成することができ
る。
【００３２】図７には、アクチュエータ４ｂと、および
アクチュエータ４ｂを光デバイス８につなぐリンク仕掛
６ｂの実施例を示す。このアクチュエータ４ｂの例は、
４つの電極支持体８４により支持体１６上につるされた
２つのプレート電極８０ａ、８０ｂを含む。プレート電
極８０ａ、８０ｂは、バー８２によりつながっている。
別の実施例では、２以外の数のプレート電極を用いても
よい。
【００３３】一実施例では、電極支持体８４はそれぞ
れ、導電性可とう性部材（スプリング）８８およびスプ
リング支持体８６から構成する。電極支持体８４は、支
持体１６の上にプレート電極８０ａ、８０ｂを支持する
機能と、プレート電極８０ａ、８０ｂに電気的接続を与
える２つの機能を有する。スプリング支持体８６は、制
御電圧源（図示せず）に電気的につながっている。ここ
で、４以外の数の電極支持体８４、また、上述の機能を
達成するほかの構成も、プレート電極８０ａ、８０ｂを
支持するのに用いることができる。
【００３４】対応するプレート電極８０ａ、８０ｂの下
に位置する領域１６ａ、１６ｂそれぞれを除いて、支持
体１６上に絶縁層を配置することが望ましい。代わり
に、領域１６ａ、１６ｂにおいて絶縁層の頂上に導電性
物質を配置してもよい。導電性部分１６ａ、１６ｂは、
パッド８９およびワイヤトレース９０を介して制御電圧
源に電気的に接続されている。プレート電極８０ａ、８
０ｂは、その下に位置する領域１６ａ、１６ｂからそれ
ぞれ適切に間隔をあけ、制御電圧源による電圧の印加の
際にプレート電極とその下の導電性領域にプレート電極
８０ａ、８０ｂが支持体１６の下方に移動するのに十分
な静電引力がはっせいするようにされる。スプリング８
８は、プレート電極が変形していない静位置から必要な
量を変形することを可能にする。
【００３５】図２の実施例において、リンク仕掛６ｂ
は、ピボット部材９４上に配置されたビーム９２を有す
る。ピボット部材９４は、ビーム９２を第１部分９２ａ
と第２部分９２ｂとに分ける。ビーム９２は、ビームの
端９１においてバー８２へと取り付けられている。光デ
バイス支持体９６は、ビームの端９３の近くにてビーム
９２へと取り付けられている。好ましい実施例におい
て、光デバイス支持体９６はヒンジ１００によってビー
ム９２へとヒンジされている。光デバイス支持体９６
は、光デバイス８が配置される突起９８を含む。アクチ
ュエータ４ａとともに説明した支持プレート２６、支持
プレート４４と同様な支持プレート（図示せず）をビー
ム９２に取り付けてもよい。このような支持プレート
は、導波路１２、１４の間まで突き出るのに必要な直立
の平面外位置に光デバイス支持体９６を支持するのに用
いる。光学的スイッチ２ａの光デバイス支持体６８の説
明において述べたように、光デバイス支持体９６を直立
位置に固定するために接着剤を単独で、あるいは前述の
プレート支持体と共に用いることができる。
【００３６】前述のようにアクチュエータ４ｂが作動状
態のとき（プレート電極と領域１６ａ、１６ｂをまたが
って電圧が加えられたとき）、プレート電極８０ａ、８
０ｂは、導電性領域に向かって下方に移動する。プレー
ト電極が下方に移動するに従って、バー８２は、ビーム
の第１部分９２ａを下方に駆動する。ピボット部材９４
の存在のために、ビームの第２部分９２ｂは、第１部分
９２ａが下方に移動するに従って上方にシーソーやティ
ーター（teeter）のような方法によって移動する。ピボ
ット部材９４とリンク仕掛６の間の距離を適切に選ぶこ
とによって、光デバイスは、プレート電極８０ａ、８０
ｂの振動運動の関数として１３、１５により規定される
光パスに入ったり出たりされる。
【００３７】図７の実施例において、光デバイス８は、
バイアスを与えられると光パスから外れる。ここで、他
の実施例において、バイアスを与えられたときに光デバ
イス８が光パスへと入るように光学的スイッチ２ｂを構
成することができる。光学的スイッチ２ｂを構成するプ
レート電極８０ａ、８０ｂ、ヒンジおよび多くの支持プ
レートは、光学的スイッチ２ａの説明で述べたように製
造および組み立てることができる。
【００３８】図８ａ〜ｃは、リンク仕掛６ｂおよびピボ
ット部材９４の別の実施例を示す。図８ａにおいて、バ
ー８２は、ビーム９２の第１部分９２ａの上部表面１０
２の頂上に乗った突起部材８３ａを有する。ピボット部
材９４は、アーム９４ａ、９４ｂを有し、これらは、パ
ッド９５ａ、９５ｂにより支持される。さらなる支持パ
ッド９７ａ、９７ｂを必要であれば用いる。プレート電
極８０ａ、８０ｂが下方に移動すると、バー８２および
突起８３は、ビームの第１部分９２ａに対して下方に力
を加える。ビーム９２は、軸４−４の周りに回動し、第
１部分９２ａが下に動くに従って第２部分９２ｂが上昇
するようにする。
【００３９】図８ｂに示した実施例は、ｔ字型突起８３
ｂを含み、これは同様な第１部分９２ａの１０１の頂上
の上に乗るバー８２の位置からに対応する。ｔ字型突起
８３ｂは、縁１０５ａ、１０５ｂの近くにて１０１に取
り付けられる。アーム９４ｃ、９４ｄは、軸４−４に沿
ったビーム９２の反対側の縁１０３、１０４から位置す
る。アーム９４ｃ、９４ｄは、パッド９５ｃ、９５ｄに
より支持されている。上の実施例と同様に、ビーム９２
は、第１部分９２ａが下方に駆動されると軸４−４の周
りに回動する。
【００４０】図８の実施例は、作動状態から非作動状態
に切り替えられたときにスプリング受け１０８ａ、１０
８ｂを介してビーム９２に回復力を与えるように動作す
る。スプリング１０６は、第２部分９２ｂに対して下方
に力を加え、これは、ピボット部材９４によって軸４−
４の周りを回動するため、第１部分９２ａがその非作動
位置あるいは静位置に上昇させる。
【００４１】上の各実施例では、光学的スイッチは、１
×１スイッチ（すなわち、２つの光ファイバと共に用い
るスイッチ）として示した。ここで、本発明の光学的ス
イッチは、２×２スイッチとして実装してもよい。２×
２スイッチの動作の間略図を図９ａ、９ｂに示した。
【００４２】図９ａは、光信号１１０が光ファイバ１１
２から光ファイバ１１４へと移り、光信号１２０が光フ
ァイバ１２２から光ファイバ１２４へと移るような交差
状態を示している。この交差状態では、光デバイス８
ａ、８ｂ（図にはない）は、光パスにはない。図９ｂ
は、光信号１１０が光ファイバ１１４により受けられな
いようなバー状態を示している。代わりに、移動してい
る光信号１１０は、ここではファイバの間に位置する光
デバイス８ａにより受けられる。光デバイス８ａは、光
デバイス支持体６８、９６の一方の側に配置される。図
の簡明さのため、光デバイス８ａを誘電体ミラーと想定
して記した。光信号１１０は、光デバイス８ａから光フ
ァイバ１２４へと反射される。２×２スイッチに対して
は、光デバイス８ｂは、光デバイス支持体６８、９６の
第２の側に配置する。光信号１２０は、光デバイス８ｂ
により光ファイバ１２２から受けられ、光ファイバ１１
４へと反射する。
【００４３】このように、２×２スイッチとして光学的
スイッチ２ａ、２ｂを実装するために、リンク仕掛６
ａ、６ｂをファイバから４５°の角度に配置する。これ
は、上述の１×１スイッチにおける垂直に配置するのと
異なる。上述のように２×２スイッチとして用いるため
に、光デバイスを光デバイス支持体のいずれの面からも
アクセス可能なようにする。また、平面内２×２スイッ
チ（スイッチ２ａ）の場合には、光デバイス８は光パス
に入ったり出たりする際より大きな水平距離を移動しな
ければならないことは認識できる。このように１×１ス
イッチの場合と比較して大きな可動電極３０の運動が必
要である。
【００４４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明により、光メ
カニカルスイッチの望ましい特性を有する低コストの光
学的スイッチであってスイッチング速度がかなり大きい
光学的スイッチを提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面内光学的スイッチの第１実施例を
示す簡略斜視図である。
【図２】図１の光学的スイッチを作動するのに適したア
クチュエータの斜視図である。
【図３】図２のアクチュエータの可動電極をそのフレー
ムからつるし手段の側面図である。
【図４】アクチュエータを光デバイスへつなぐリンク仕
掛の斜視図である。
【図５】図４のリンク仕掛で用いるヒンジの図である。
【図６】本発明の平面外光学的スイッチの簡略斜視図で
ある。
【図７】図６の平面外光学的スイッチを作動するのに適
したアクチュエータの斜視図である。
【図８】それぞれリンク仕掛およびピボット部材の実施
例の斜視図である。
【図９】それぞれ本発明の２×２光学的スイッチを示す
斜視図である。
【符号の説明】
１−１、２−２、３−３、４−４ 軸 ２ 光学的スイッチ ４ アクチュエータ ６ リンク仕掛 ８ 光デバイス １０ ギャップ １２、１４ 導波路 １６ 支持体 １８、２８、４２、４８、５４、７２、１００ ヒンジ １９ 方向ベクトル ２０ 固定電極 ２１、２３ 縁 ２２、３２ ボンドパッド ２４、３４ 導体 ２６、４４ 支持プレート ２７、４６ ノッチ ３０ 可動電極 ３４、７４、８８、１０６ スプリング ３６ フレーム ３７、３９ アップライト ３８ 横断部材 ４０ つるし手段 ５０ スレッド ５２ 第１部材 ５６ 第１部材の端 ５８、６２ フィンガ部材 ６０、６５、８２ バー ６４ 第２部材の端 ６６ 第２部材 ６８、９６ 光デバイス支持体 ７０、８３、９８ 突起 ７６、７７ 縁 ７８ スプリング端 ８０ プレート電極 ８４ 電極支持体 ８６ スプリング支持体 ８９ パッド ９０ ワイヤトレース ９１、９３ ビームの端 ９２ ビーム ９４ ピボット部材 ９４ａ〜ｄ アーム ９５、９７ パッド １０２ 上部表面 １０３、１０４、１０５ 縁 １０８ａ、１０８ｂ スプリング受け １１０、１２０ 光信号 １１２、１１４、１２２、１２４ 光ファイバ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 596077259 600 Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｖｅｎｕｅ, Ｍｕｒｒａｙ Ｈｉｌｌ， Ｎｅｗ Ｊ ｅｒｓｅｙ 07974−0636Ｕ．Ｓ．Ａ. (72)発明者 デヴィッド ジェイ．ビショップ アメリカ合衆国，07901 ニュージャー ジー，サミット，オーク ノル ロード ７ (72)発明者 ピーター エル．ガンメル アメリカ合衆国，07041 ニュージャー ジー，ミルバーン，ホワイティンガム テラス 58 (56)参考文献 特開 平６−148540（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−113543（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02B 26/08

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （Ａ）レシプロケート運動ができる導電
    性のマイクロマシンの可動プレートおよび固定した導電
    性表面を有する電気機械的アクチュエータと、 （Ｂ）光パスを移動する光信号に作用する光デバイス
    と、 （Ｃ）前記可動プレートを前記光デバイスに機械的に接
    続するリンク仕掛とを有し、ここで、 前記リンク仕掛は、前記可動プレートのレシプロケート
    運動によって、光パスから外れた第１位置と光パス内の
    第２位置の間に前記光デバイスを運動させることができ
    ることを特徴とする光学的スイッチ。
  2. 【請求項２】 前記アクチュエータを上に有する第１表
    面を有する支持体を有することを特徴とする請求項１記
    載の光学的スイッチ。
  3. 【請求項３】 光信号を伝搬をさせる２つの導波路をさ
    らに有し、これら２つの導波路は、前記光デバイスが光
    信号にアクセスすることができるように間隔をあけられ
    ていることを特徴とする請求項２記載の光学的スイッ
    チ。
  4. 【請求項４】 前記可動プレートおよび前記固定表面
    は、前記支持体の第１表面に対して平面外であることを
    特徴とする請求項２記載の光学的スイッチ。
  5. 【請求項５】 前記可動プレートのレシプロケート運動
    の方向は、前記支持体の前記第１表面に対して平面内で
    あることを特徴とする請求項４記載の光学的スイッチ。
  6. 【請求項６】 前記可動プレートはフレーム、および第
    １端と第２端を有するプレートからなり、このプレート
    は、その第１端を前記フレームと係合し、この係合によ
    り、前記プレートが回動できるようになることを特徴と
    する請求項５記載の光学的スイッチ。
  7. 【請求項７】 前記リンク仕掛は、前記プレートの第２
    端につながり、かつ、平面外運動のデカプラを有するこ
    とを特徴とする請求項６記載の光学的スイッチ。
  8. 【請求項８】 前記フレームおよび固定表面は、前記支
    持体の第１表面に回動できるように取り付けられ、前記
    固定表面とフレームが前記支持体の第１表面上に横たわ
    るような第１位置から前記固定表面およびフレームが前
    記支持体の第１表面が規定する平面とほぼ垂直であるよ
    うな第２位置へと回転できるようにされていることを特
    徴とする請求項６記載の光学的スイッチ。
  9. 【請求項９】 光デバイスが配置された光デバイス支持
    体をさらに有し、この光デバイス支持体は、前記リンク
    仕掛に取り付けられ、かつ、光信号を伝送する第１およ
    び第２導波路の間の第１ギャップにおいて前記光デバイ
    スを配置するように物理的に適合していることを特徴と
    する請求項７記載の光学的スイッチ。
  10. 【請求項１０】 前記光デバイスは、第３および第４導
    波路により伝送される第２光信号に作用することがで
    き、前記光デバイス支持体は、前記第１、第２、第３お
    よび第４導波路の間の第２ギャップにおいて前記光デバ
    イスを配置するように物理的に適応することを特徴とす
    る請求項９記載の光学的スイッチ。
  11. 【請求項１１】 前記可動プレートは、前記固定表面の
    上につるされていることを特徴とする請求項２記載の光
    学的スイッチ。
  12. 【請求項１２】 前記可動プレートのレシプロケート運
    動の方向は、前記支持体の第１表面に対して平面外であ
    ることを特徴とする請求項１０記載の光学的スイッチ。
  13. 【請求項１３】 前記リンク仕掛は、自身を第１部分と
    第２部分とに分けるピボット点を有し、このピボット点
    は、前記リンク仕掛の第２部分の運動の方向を前記リン
    ク仕掛の第１部分の運動の方向に対して逆に動作するこ
    とができることを特徴とする請求項１２記載の光学的ス
    イッチ。
  14. 【請求項１４】 作動されるデバイスに平面内運動をさ
    せるように動作することができる電気機械的アクチュエ
    ータであって、 （Ａ）固定された導電性プレートと、 （Ｂ）ヒンジによりフレームに取り付けられた導電性の
    可動プレートと、ここで、 ヒンジは、取り付けられた軸の周りで電気可動プレート
    が前記可動プレートを回動できるようにし、 （Ｃ）前記固定プレートおよび前記可動プレートをアク
    チュエータ支持体に取り付けるヒンジと、ここで、 このヒンジは、前記固定プレートおよび前記可動プレー
    トが、前記アクチュエータ支持体上に横たわるような第
    １平面内位置から、前記 アクチュエータ支持体にほぼ
    垂直であるような第２平面外位置へと回動できるように
    動作し、 （Ｄ）作動されるデバイスに前記可動プレートを機械的
    に取り付けるリンク仕掛とを有し、ここで、 前記固定プレートおよび前記可動プレートは、電圧の印
    加の際に前記可動プレートが前記固定プレートの方へ前
    記アクチュエータ支持体にほぼ平行な方向に移動させる
    ことができるような静電帯電をすることができるように
    適切に間隔をあけており、 前記可動プレートの運動は、前記リンク仕掛を移動さ
    せ、そして、第１非作動位置から第２作動位置へと作動
    されるデバイスを移動することを特徴とする電気機械的
    アクチュエータ。
  15. 【請求項１５】 前記リンク仕掛は、前記リンク仕掛を
    第１部分と第２部分とに分けるヒンジを有し、ここで、 前記ヒンジは、前記可動プレートにより第１部分に及ぼ
    された平面外力から第２部分を絶縁することを特徴とす
    る請求項１４記載の電気機械的アクチュエータ。
  16. 【請求項１６】 作動されるデバイスを支持するデバイ
    ス支持体をさらに有し、このデバイス支持体は、ヒンジ
    によりリンク仕掛に取り付けられ、デバイス支持体を、
    前記リンク仕掛上に横たわるような第１平面内位置から
    前記アクチュエータ支持体にほぼ垂直であるような第２
    平面外位置へと回動することができるように動作するヒ
    ンジにより取り付けられていることを特徴とする請求項
    １５記載の電気機械的アクチュエータ。
  17. 【請求項１７】 作動されるデバイスに平面内運動をさ
    せるように動作することができる電気機械的アクチュエ
    ータであって、 （Ａ）運動しない導電性表面と、 （Ｂ）プレート支持体により前記移動しない表面の上に
    支持された導電性の可動プレートと、ここで、 前記プレート支持体は、前記移動しない表面に対して平
    面外方向へと前記可動プレートが運動することを可能に
    する可とう性部材を有し、 （Ｃ）前記可動プレートを作動されるデバイスへと機械
    的に取り付けるリンク仕掛とを有し、 前記リンク仕掛は、前記リンク仕掛を第１部分と第２部
    分とに分けるピボット点を有し、 前記リンク仕掛の第１部分は、前記可動プレートの運動
    法と同じ運動方向を有し、前記リンク仕掛の第２部分
    は、前記可動プレートとは反対の方向の運動方向を有
    し、 前記移動しない表面および可動プレートは、電圧の印加
    の際にアクチュエータ支持体にほぼ垂直な方向に前記移
    動しないプレートの方向へ前記可動プレートを移動させ
    るように動作する静電帯電を間に発生させるように適切
    に間隔を空けられていて、 この可動プレートの運動は、前リンク仕掛を動かし、そ
    して、作動されるデバイスを第１非作動位置から第２作
    動位置へと移動させることを特徴とする電気機械的アク
    チュエータ。
  18. 【請求項１８】 作動させるデバイスを支持するデバイ
    ス支持体をさらに有し、 前記デバイス自体は、ヒンジによりリンク仕掛に取り付
    けられ、前記デバイス支持体が前記リンク仕掛上に横た
    わる様な第１平面内位置からアクチュエータ支持体にほ
    ぼ垂直であるような第２平面外位置へと回動することが
    できるように動作することを特徴とする請求項１７記載
    の電気機械的アクチュエータ。
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