DE19644918A1 - Micromechanical optical switch - Google Patents

Micromechanical optical switch

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Abstract

The optical switch (1) has at least 2 light beam control devices positioned in overlying planes between a pair of cover plates (2a,2b), at least one of these devices having at least one pivoted mirror (6). The devices are separated from one another by a spacing frame (9), the pivoted mirror acting as an electrode cooperating with a pair of counter-electrodes parallel to the mirror edges, for controlling the pivot movement for switching the optical signals.

Description

Die Erfindung betrifft eine mikromechanische optische Schalt­ einheit.The invention relates to a micromechanical optical switch unit.

Optische Schalter sind unter anderem in den Schriften DE OS 37 42 553 Licht-, insbesondere Laserstrahlvorrichtung und -Ver­ fahren sowie Laserarbeitsplatzsystem, DE OS 40 29 569 Faser­ optischer Schalter zu finden.Optical switches are among others in the documents DE OS 37 42 553 Light, in particular laser beam device and Ver drive and laser workstation system, DE OS 40 29 569 fiber find optical switch.

Diese Anordnungen stellen allerdings nur 1 auf n-Verknüp­ fungen dar.However, these arrangements only put 1 on n-link presentations.

Die EP 0 153 243 beinhaltet ebenfalls einen Schalter für Licht­ wellenleiter. Dabei wird ein optisches Element, das im Strah­ lengang zwischen den Enden der Wellenleiter und dem Spiegel angeordnet ist, auf einer geradlinigen Bahn so bewegt, daß der Lichtstrahl im optischen Element abgelenkt, über den Spiegel reflektiert und im optischen Element ein zweites Mal abgelenkt und damit der Lichtstrahl auf den übernächsten Wellenleiter geführt wird.EP 0 153 243 also includes a switch for light waveguide. An optical element that is in the beam lengang between the ends of the waveguide and the mirror is arranged, moved on a linear path so that the Light beam deflected in the optical element, over the mirror reflected and deflected a second time in the optical element and thus the light beam onto the next but one waveguide to be led.

Nachteile dieser Anordnung stellen zum einen die bewegte Optik dar und zum anderen können nur Wellenleiter in einem festen Abstand zueinander verbunden werden. Eine freie Auswahl der Form 1 aus n ist nicht möglich.Disadvantages of this arrangement are the moving optics and on the other hand can only waveguides in a fixed Distance to each other. A free choice of Form 1 from n is not possible.

In den Veröffentlichungen DE OS 36 08 135, DE OS 37 16 836, DE OS 40 40 001 und DE OS 42 21 918 werden optische Schalter be­ schrieben. Dabei kommen jeweils bewegliche Spiegel als Ein-/Ausschalter bei fester Zuordnung der Wellenleiter zum Einsatz. Eine frei wählbare Zuordnung aus einer Vielzahl von Wellen­ leitern ist nicht möglich.In the publications DE OS 36 08 135, DE OS 37 16 836, DE OS 40 40 001 and DE OS 42 21 918 are optical switches wrote. Movable mirrors come as on / off switches with fixed assignment of the waveguides. A freely selectable assignment from a variety of waves ladders are not possible.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, optische Informationen über ein mikromechanisches Bauelement bidirektional zu verteilen, mischen, entmischen und/oder schalten. The invention specified in claim 1 is the problem based, optical information on a micromechanical Distribute, mix, separate components bidirectionally and / or switch.  

Dieses Problem wird mit den im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is with those listed in claim 1 Features resolved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Informationen optischer Signale sowohl einfach bidirektional von 1 auf 1 als auch von 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit ein und derselben Anordnung geschaltet werden können. Die Ausführung in mikromechanischer Bauart ermöglicht einen kleinen Aufbau bei sehr geringen Schaltzeiten und damit hohen Schaltfrequenzen.The advantages achieved with the invention are in particular in that the information optical signals both simple bidirectional from 1 to 1 as well as from 1 to n, n to 1 or n can be switched to n with one and the same arrangement. The micromechanical design enables one small structure with very short switching times and thus high Switching frequencies.

Der Schichtaufbau begünstigt einen ökonomischen Aufbau, da die einzelnen Schichten als Funktionsebenen mit vor allem aus der Mikroelektronik bekannten Fertigungstechnologien hergestellt werden können.The layer structure favors an economic structure since the individual layers as functional levels with mainly from the Microelectronics known manufacturing technologies can be.

Die Schichtstruktur mit den Lichtstrahl beeinflussenden op­ tischen Anordnungen ermöglicht einen universellen Aufbau je nach den Anforderungen, die an das Bauteil gestellt werden. So können bidirektionale Schaltstrukturen der Form 1 auf 1, 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit ein und derselben Einrichtung realisiert werden. Der oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel sind als Elektrode aus­ geführt, so daß bei Plazierung von entsprechend ausgebildeten Gegenelektroden auf den Deckplatten und einer entsprechenden Ansteuerung ein Kippen gewährleistet ist. Ein zusätzlicher Bewegungsmechanismus für den oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel ist nicht nötig.The layer structure with the op table arrangements allows a universal structure each according to the requirements placed on the component. So can bidirectional switching structures of the form 1 on 1, 1 on n, n on 1 or n on n with one and the same device will be realized. The or the plate-shaped and in one Individual mirrors that can be swiveled are made of electrodes performed so that when placing appropriately trained Counter electrodes on the cover plates and a corresponding one Control a tilt is guaranteed. An additional one Movement mechanism for the plate-shaped and in A single mirror movable with a swivel axis is not necessary.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patent­ ansprüchen 2 bis 11 angegeben.Advantageous embodiments of the invention are in the patent claims 2 to 11 specified.

Einen einfachen Aufbau der mikromechanischen optischen Schalt­ einheit mit den Schaltmöglichkeiten 1 auf n, n auf 1 oder n auf n mit n gleich Anzahl der angebrachten Lichtleiter beinhaltet die Weiterbildung des Patentanspruchs 2. Weiterhin besitzt diese Lösung geringe optische Verluste der Lichtstrahlen beim Durchgang. Werden mehrere derartige mikromechanische optische Schalteinheiten in einer Ebene angeordnet, ergibt sich ein kompakter Aufbau mehrerer mikromechanischer optischer Schalt­ einheiten, die einzeln oder durch optisches Zusammenschalten im Verbund betrieben werden können.A simple structure of the micromechanical optical switch unit with the switching options 1 to n, n to 1 or n to n with n is equal to the number of light guides attached the further development of claim 2. Furthermore  this solution low optical loss of light rays when Continuity. Are several such micromechanical optical Switching units arranged in one level results in a compact design of several micromechanical optical switches units, individually or by optical interconnection in the Can be operated in a network.

Die Weiterbildung des Patentanspruchs 3 garantiert einen glei­ chen Abstand der Lichtleiter zum Prisma.The further development of claim 3 guarantees the same Chen distance of the light guide to the prism.

Ein einfacher und ökonomischer Aufbau unter Nutzung bekannter und ausgereifter Technologien der Mikroelektronik wird in den Weiterbildungen der Patentansprüche 4 bis 6 aufgeführt. Die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel­ spiegel können sowohl matrixförmig p × p als auch in einem beliebigen Verhältnis p × q zueinander angeordnet werden, wobei p und g die Anzahl der plattenförmigen und in einer Schwenk­ achse bewegbaren Einzelspiegel pro Kante der mikromechanischen optischen Schalteinheit ist. Die Anzahl der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel bestimmt dabei das Schaltverhältnis 1 auf n, n auf 1 oder n auf n, mit n gleich der Anzahl der mit der mikromechanischen optischen Schalteinheit verkoppelten Lichtleiter. Derartig ausgebildete mikromechanische Schalteinheiten sind leicht stapelbar, so daß durch mindestens eine optische Verbindung der mikromechanischen optischen Schalteinheiten untereinander, die Schaltmöglich­ keiten 1 auf n, n auf 1 oder n auf n gegenüber einzeln ausge­ bildeten mikromechanischen optischen Schalteinheiten wesentlich erhöht wird.A simple and economical structure using known ones and mature technologies of microelectronics is in the Developments of claims 4 to 6 listed. The plate-shaped and movable in a swivel axis mirrors can be matrix-shaped p × p as well as in one arbitrary ratio p × q to each other, where p and g the number of plate-shaped and in one swivel axis movable individual mirror per edge of the micromechanical optical switching unit. The number of plate-shaped and Individual mirror movable in a swivel axis determines the switching ratio 1 to n, n to 1 or n to n, with n equal to the number of those with the micromechanical optical Switching unit coupled light guide. So trained Micromechanical switching units are easily stackable, so that by at least one optical connection of the micromechanical optical switching units with each other, the switching possible 1 on n, n on 1 or n on n compared to individually formed essential micromechanical optical switching units is increased.

Mit der Anordnung der Schwenkachse der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel in der Symmetrie­ achse der Lichtleiter und damit in der Symmetrieachse des Lichtstrahles ergibt sich eine einfache Montage der überein­ ander angeordneten Ebenen. Dabei befinden sich sowohl die Mit­ telpunkte der Flächen der sich gegenüberliegenden plattenför­ migen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel als auch bei gleichen Abmessungen diese deckungsgleich überein­ ander. Die Lichtleiter an den Rändern der optischen Schaltein­ heit sind damit sowohl als Sende- als auch als Empfangselemente der Lichtstrahlen einsetzbar. Korrekturen hinsichtlich der Po­ sition des Lichtstrahles zu den einzelnen Lichtleitern ent­ fallen. Bei Anordnung von mehr als zwei Ebenen mit plattenför­ migen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel spiegeln ist eine symmetrische Ablenkung der Lichtstrahlen zu den Deckplat­ ten hin gegeben.With the arrangement of the pivot axis of the plate-shaped and in a pivoting movable single mirror in symmetry axis of the light guide and thus in the axis of symmetry of the Light beam results in a simple assembly of the match other levels. Both are with points of the faces of the opposing slabs individual and movable in a swivel axis as  even with the same dimensions, they are congruent at the. The light guides on the edges of the optical switch are both as transmitting and receiving elements the light rays can be used. Corrections regarding the Po sition of the light beam to the individual light guides fall. When arranging more than two levels with plate-shaped migen and is movable in a pivot axis mirror a symmetrical deflection of the light rays to the cover plate given.

Weiterhin sind nur drei Schaltzustände der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel notwendig, so daß eine Ansteuerung wesentlich erleichtert wird. Die drei Schaltzustände sind durch die Zustände gegeneinander gekippt oder keine Ansteuerung charakterisiert.Furthermore, only three switching states of the plate-shaped and single mirror movable in a swivel axis necessary, so that control is made considerably easier. The three Switching states are tilted against each other by the states or no control characterized.

Die Anschläge auf den Deckplatten entsprechend der Weiterbil­ dungen der Patentansprüche 7 und 8 erleichtern die Ansteuerung der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein­ zelspiegel.The stops on the cover plates according to the ref Applications of claims 7 and 8 facilitate control the plate-shaped and movable in a swivel axis cell mirror.

Eine einfache Realisierung der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel und Torsionsbalken unter Nutzung bekannter und erprobter Technologien der Mikroelek­ tronik ermöglichen die Weiterbildungen der Patentansprüche 9 und 10.A simple realization of the plate-shaped and in one Swivel axis movable single mirror and torsion bar below Use of well-known and proven technologies of the microelek tronics enable the further development of patent claims 9 and 10.

Mit der Weiterbildung des Patentanspruchs 11 ergeben sich automatisch der Schwenkraum der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel zu den Deckplatten hin, so daß zusätzlich vorzusehende Abstandsrahmen für ein freies Schwenken über einen Winkelbereich von 0 bis 45° nicht not­ wendig sind. Gleichzeitig verringert sich der Montageaufwand.With the further development of claim 11 arise automatically the swivel space of the plate-shaped and in one Single mirror movable pivot axis towards the cover plates, so that additional spacing frames to be provided for a free Swiveling over an angular range of 0 to 45 ° is not necessary are agile. At the same time, the assembly effort is reduced.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Two embodiments of the invention are in the drawings are shown and are described in more detail below.  

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Mikromechanische optische Schalteinheit mit einer ein­ stückig ausgebildeten Optik und einem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel, Fig. 1 micromechanical optical switching unit with a lumpy appearance and formed a plate-shaped and is movable in a pivot axis of the individual mirrors,

Fig. 2 Draufsicht der in der Fig. 1 dargestellten mikrome­ chanischen optischen Schalteinheit, Fig. 2 plan view of the mikrome chanical optical switching unit shown in FIG. 1,

Fig. 3 Schalteinheit mit zwei Ebenen und 3 × 3 plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel je Ebene und Fig. 3 switching unit with two levels and 3 × 3 plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror per level and

Fig. 4 Explosionsdarstellung der Anordnung der Fig. 3. Fig. 4 exploded view of the arrangement of FIG. 3.

Ein erstes Ausführungsbeispiel der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 besteht im wesentlichen aus einer einstückig ausgebildeten Optik 3 als erste die Lichtstrahlen beeinflus­ sende Einrichtung in der ersten Ebene und einem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 als zweite die Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung, die übereinander und zwischen zwei Deckplatten 2a und 2b angeordnet sind (Dar­ stellungen der Fig. 1 und 2).A first embodiment of the micromechanical optical switching unit 1 consists essentially of a one-piece optics 3 as the first device influencing the light beams in the first plane and a plate-shaped single mirror 6 movable in a pivot axis as the second device influencing the light beams, one above the other and between two Cover plates 2 a and 2 b are arranged (Dar positions of FIGS. 1 and 2).

Die einstückig ausgebildete Optik 3 befindet sich in einem Abstandsrahmen 9. Der Lichtstrahl gelangt über einen von min­ destens zwei in einer Ebene angeordneten Lichtleiter 10 an die einstückig ausgebildete Optik 3. Dazu sind die Lichtleiter 10 in Gräben, die sich in einer der Deckplatten 2a und dem Ab­ standsrahmen 9 korrespondierend zueinander befinden, geführt. Der Abstand der Lichtleiter 10 nimmt in Richtung zu der ein­ stückig ausgebildeten Optik 3 kontinuierlich ab und enden direkt an dieser. Diese Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3 ist kreisförmig zu den Lichtleitern 10 hin gewölbt aus­ gebildet. Durch diese Maßnahme besitzen die Enden der Licht­ leiter 10 den gleichen Abstand zum Mittelpunkt der einstückig ausgebildeten Optik 3.The one-piece optics 3 is located in a spacer frame 9 . The light beam reaches the one-piece optical system 3 via at least two light guides 10 arranged in one plane. For this purpose, the light guide 10 in trenches, which are in one of the cover plates 2 a and from the frame 9 corresponding to each other, out. The distance between the light guides 10 decreases continuously in the direction of the one piece optics 3 and ends directly at this. This surface of the one-piece optics 3 is formed in a circular shape towards the light guides 10 . By this measure, the ends of the light guide 10 have the same distance from the center of the one-piece optics 3rd

Diese selbst stellt zum einen ein totalreflektierendes Prisma 4 und zum anderen eine Linse 5 dar. Der Lichtstrahl trifft nach Verlassen einer der Lichtleiter 10 auf das totalreflektierende Prisma 4 und wird an diesem in Richtung der zweiten die Licht­ strahlen beeinflussende Einrichtung mit einem Winkel von 90° abgelenkt. In dieser Richtung ist die Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3 eine Linse 5. Im Brennpunkt dieser Linse 5 ist der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 angeordnet. Dazu besitzt der Abstandsrahmen 9 eine Öffnung als optischen Übergang 12 von der ersten die Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung zur zweiten die Licht­ strahlen beeinflussende Einrichtung.This itself represents, on the one hand, a totally reflecting prism 4 and, on the other hand, a lens 5. After leaving one of the light guides 10 , the light beam strikes the totally reflecting prism 4 and is at it in the direction of the second device influencing the light rays at an angle of 90 ° distracted. In this direction, the surface of the one-piece optics 3 is a lens 5 . In the focal point of this lens 5 , the plate-shaped individual mirror 6, which is movable in a pivot axis, is arranged. For this purpose, the spacer frame 9 has an opening as an optical transition 12 from the first device influencing the light rays to the second device influencing the light rays.

Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel­ spiegel 6 ist über zwei sich an gegenüberliegenden Kanten mit­ tig angeordneten Torsionsbalken 7 in einem diesen umgebenden Rahmen 8 aufgehängt. Der Rahmen 8 einschließlich des platten­ förmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 sind aus einer Siliziumscheibe gefertigt. Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 und der Torsionsbalken 7 sind aus einer Opferschicht freigeätzt und der verbleibende Bereich der Siliziumscheibe stellt die Malterung für den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 selbst dar und dient weiterhin dem Abstand gegenüber der Deckplatte 2b, so daß der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 gegenüber der Deckplatte 2b frei schwenkbar ist.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 is suspended on two opposite edges with tig torsion bar 7 in a surrounding frame 8 . The frame 8 including the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 are made of a silicon wafer. The plate-shaped individual mirror 6 that can be moved in a pivot axis and the torsion bar 7 are etched free from a sacrificial layer and the remaining area of the silicon wafer represents the painting for the plate-shaped individual mirror 6 itself that can be moved in a pivot axis and also serves the distance from the cover plate 2 b, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 relative to the cover plate 2 b is freely pivotable.

Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel­ spiegel 6 besitzt eine Fläche von 3 × 3 mm2. Die Schwenkachse des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein­ zelspiegels 6 steht dabei senkrecht zur Symmetrieachse der gewölbten Fläche der einstückig ausgebildeten Optik 3, an der die Lichtleiter 10 enden. Mit dem Auslenken des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 wird der darauf auftreffende Lichtstrahl über die Linse 5 und dem total­ reflektierenden Prisma 4 z. B. zu dem neben dem den Lichtstrahl verlassenden Lichtleiter 10 geleitet.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 has an area of 3 × 3 mm 2 . The pivot axis of the plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 is perpendicular to the axis of symmetry of the curved surface of the one-piece optics 3 , at which the light guide 10 ends. With the deflection of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 , the light beam incident thereon via the lens 5 and the totally reflecting prism 4 z. B. to the next to the light beam leaving the light guide 10 .

Der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel­ spiegel 6 selbst stellt eine Elektrode dar. Auf der parallel zum plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein­ zelspiegel 6 angeordneten Deckplatte 2b befinden sich zwei Gegenelektroden 11a und 11b. Diese sind korrespondierend zu den parallel zu der Symmetrieachse der Schwenkachse verlaufenden Kanten des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung ist dieser elektrostatisch ansteuerbar, so daß er je nach Potential an den Elektroden schwenkbar ist.The plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 itself represents an electrode. On the parallel to the plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 arranged cover plate 2 b there are two counter electrodes 11 a and 11 b. These are arranged corresponding to the edges of the plate-shaped individual mirror 6 which are parallel to the axis of symmetry of the pivot axis and which are movable in a pivot axis. With such an arrangement, it can be controlled electrostatically so that it can be pivoted on the electrodes depending on the potential.

Die Elektroden in Form des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 und die Gegenelek­ troden 11a und 11b sind über elektrische Leiterbahnen mit ge­ eigneten an der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 vorhandenen Kontaktstrukturen verbunden, so daß die mikro­ mechanische optische Schalteinheit 1 von außen elektrisch anschließbar ist.The electrodes in the form of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 and the counter electrodes 11 a and 11 b are connected via electrical conductor tracks with suitable ge on the micromechanical optical switching unit 1 existing contact structures, so that the micro-mechanical optical switching unit 1 from the outside electrically can be connected.

Die anderen Enden der Lichtleiter 10 sind mit optischen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbunden.The other ends of the light guides 10 are connected to optical transmitting and / or receiving devices.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 zeichnet sich dadurch aus, daß die erste und die zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung aus einer in einer Matrixform angeordneten plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegeln 6 besteht (Fig. 3 und 4).A second exemplary embodiment of the micromechanical optical switching unit 1 is characterized in that the first and the second light beam influencing device consist of a plate-shaped individual mirror 6 arranged in a matrix shape and movable in a pivot axis ( FIGS. 3 and 4).

Eine Matrix beinhaltet in diesem Ausführungsbeispiel drei mal drei plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzel­ spiegel 6. Diese sind in einem sie umgebenden Rahmen 9 und zwei parallel verlaufenden Stegen 13 aufgehängt. Dabei befinden sich jeweils drei plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 zwischen Rahmen 8 und Steg 13 oder zwischen zwei Stegen 13 hintereinander. Der freie Raum zwischen den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel­ spiegeln 6 stellt gleichzeitig den optischen Übergang dar. Die Abstände der plattenförmigen und in einer Schwenkachse beweg­ baren Einzelspiegel 6 zueinander sind gleich. Der plattenför­ mige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 selbst ist über an zwei sich gegenüberliegenden Kanten mittig ange­ brachten Torsionsbalken 7 mit dem Rahmen 8 oder den Stegen 13 verbunden. Die Größe eines plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 beträgt 1,4 × 1,4 mm2 bei einer Dicke von 30 um. Die gesamte Matrix ist Teil einer Siliziumscheibe, wobei die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 einschließlich der Torsionsbalken 7 Teile einer Opferschicht darstellen und frei­ geätzt sind. Die den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 umgebenden Teile der Siliziumscheibe stellen den Rahmen 8 und die Stege 13 dar und bilden gleichzei­ tig Teile der Abstandsrahmen 9.In this exemplary embodiment, a matrix contains three times three plate-shaped individual mirrors 6 that can be moved in a pivot axis. These are suspended in a frame 9 surrounding them and two parallel webs 13 . There are in each case three plate-shaped individual mirrors 6 movable in a pivot axis between frame 8 and web 13 or between two webs 13 one behind the other. The free space between the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors 6 also represents the optical transition. The distances between the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 to each other are the same. The plattenför shaped and movable in a pivot axis single mirror 6 itself is connected to two opposite edges centrally placed torsion bars 7 with the frame 8 or the webs 13 . The size of a plate-shaped individual mirror 6 that is movable in a pivot axis is 1.4 × 1.4 mm 2 with a thickness of 30 μm. The entire matrix is part of a silicon wafer, the plate-shaped individual mirrors 6 including the torsion bars 7 , which are movable in a pivot axis, represent parts of a sacrificial layer and are freely etched. The parts of the silicon wafer surrounding the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 represent the frame 8 and the webs 13 and at the same time form parts of the spacer frame 9 .

Zwei derartig ausgebildete Matrizen sind mit einem zusätzlich dazwischen angeordneten Abstandsrahmen 9 so angeordnet, daß sich die Symmetrielinien der Schwenkachsen der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 recht­ winklig zueinander befinden und sich jeweils zwei plattenför­ mige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel 6 deckungsgleich gegenüberstehen.Two such matrices are arranged with an additional spacing frame 9 arranged in between so that the lines of symmetry of the pivot axes of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors 6 are at right angles to each other and two plattenför shaped and movable in a pivot axis 6 are congruent.

Weitere Abstandsrahmen befinden sich zwischen den zusammen­ gefügten Matrizen und jeweils über den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegeln 6 angeordneten Deckplatten 2a und 2b. Die Abstandsrahmen können entfallen, wenn die Deckplatten 2a und 2b jeweils entsprechende Vertie­ fungen aufweisen, so daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel über einen Winkelbereich von 0 bis mindestens 45° frei geschwenkt werden können. Die Rahmen oder die Deckplatten 2a und 2b besitzen korrespon­ dierend zueinander angeordnete Gräben, in denen die Enden von Lichtleitern 10 mit daran angebrachten Gradientenindexlinsen 14 plaziert sind.Further spacing frames are located between the matrices joined together and each of the cover plates 2 a and 2 b arranged above the plate-shaped individual mirrors 6 which are movable in a pivot axis. The spacing frame can be omitted if the cover plates 2 a and 2 b each have corresponding recesses, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors can be freely pivoted over an angular range of 0 to at least 45 °. The frame or the cover plates 2 a and 2 b have correspondingly arranged trenches in which the ends of light guides 10 are placed with attached gradient index lenses 14 .

Die Symmetrieachsen der Lichtleiter 10 befinden sich recht­ winklig zu den Symmetrieachsen der Schwenkachsen der platten­ förmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 und sind weiterhin in der Symmetrieachse des Lichtleiters 10 plaziert. Der Lichtstrahl besitzt einen Durchmesser von 0,8 bis 1,0 mm und der plattenförmige und in einer Schwenkachse beweg­ bare Einzelspiegel 6 ist 30 µm dick, so daß bei Durchlaufen des Lichtstrahls bei nichtausgelenktem plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 dessen Dicke ausgeblen­ det wird. Diese Dämpfung des Lichtstrahles ist insgesamt ver­ nachlässigbar.The axes of symmetry of the light guides 10 are at right angles to the axes of symmetry of the pivot axes of the plate-shaped individual mirrors 6 which are movable in a pivot axis and are furthermore placed in the axis of symmetry of the light guide 10 . The light beam has a diameter of 0.8 to 1.0 mm and the plate-shaped and movable in a swivel axis bare individual mirror 6 is 30 microns thick, so that when passing through the light beam with undeflected plate-shaped and movable in a swivel axis 6 whose thickness is deflected becomes. This attenuation of the light beam is negligible overall.

Mit einem derartigen Aufbau der Matrizen sind je Kante drei Lichtleiter 10 und damit insgesamt zwölf Lichtleiter 10 an die mikromechanische optische Schaltereinheit 1 anschließbar und damit schalt-, misch- oder entmischbar.With such a structure of the matrices, three light guides 10 and thus a total of twelve light guides 10 can be connected to the micromechanical optical switch unit 1 per edge and can thus be switched, mixed or unmixed.

Die anderen Enden der Lichtleiter 10 sind mit optischen Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verbunden.The other ends of the light guides 10 are connected to optical transmitting and / or receiving devices.

Die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Ein­ zelspiegel 6 sind als Elektroden ausgeführt. Auf den Deckplat­ ten 2a und 2b befinden sich pro plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 zwei Gegenelektroden 11a und 11b. Diese sind korrespondierend zu den parallel zu der Symmetrieachse der Schwenkachse verlaufenden Kanten des plat­ tenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels 6 angeordnet. Mit einer derartigen Anordnung sind diese elek­ trostatisch ansteuerbar, so daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 je nach dem an­ liegendem Potential schwenkbar sind.The plate-shaped and movable in a pivot axis A single mirror 6 are designed as electrodes. On the Deckplat th 2 a and 2 b there are two counter electrodes 11 a and 11 b per plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 . These are arranged corresponding to the parallel to the axis of symmetry of the pivot axis edges of the plat-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 . With such an arrangement, these can be controlled electrostatically, so that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 are pivotable depending on the potential.

Die Elektroden in Form der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel 6 und die Gegenelektroden 11a und 11b sind über elektrische Leiterbahnen mit geeigneten an der mikromechanischen optischen Schalteinheit 1 vorhandenen Kontaktstrukturen verbunden, so daß die mikromechanische op­ tische Schalteinheit 1 elektrisch von außen kontaktierbar ist.The electrodes in the form of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror 6 and the counter electrodes 11 a and 11 b are connected via electrical conductor tracks with suitable contact structures present on the micromechanical optical switching unit 1 , so that the micromechanical operating table switching unit 1 is electrically contactable from the outside .

Claims (11)

1. Mikromechanische optische Schalteinheit, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen zwei Deckplatten (2a) und (2b) eine erste und mindestens eine zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung je in einer Ebene übereinander angeordnet sind, daß die zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung mindestens ein plattenförmiger und in einer Schwenkachse bewegbarer Ein­ zelspiegel (6) ist, daß sich zwischen der ersten und der zweiten Lichtstrahlen beeinflussenden Einrichtung ein Abstands­ rahmen (9) befindet, daß zwischen der ersten und der zweiten Lichtstrahlen beeinflussenden Einrichtung im Bereich zu dem mindestens einen plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) hin die gleiche Anzahl optisch freier Übergänge (12) vorhanden sind, daß in die Deckplatten (2a) und (2b), in dem Abstandsrahmen (9) und/oder in den Ebenen der ersten und zweiten Lichtstrahlen beeinflussenden Einrich­ tungen Gräben so eingebracht sind, daß in diesen Lichtleiter plaziert sind, daß der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel (6) als Elektrode ausgebildet ist und daß sich mindestens auf der parallel zum plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) zwei parallel zu den Spiegelkanten angeordnete Elektroden (11a) und (11b) befinden.1. Micromechanical optical switching unit, characterized in that between two cover plates ( 2 a) and ( 2 b) a first and at least one second light beam influencing device are arranged one above the other in one plane, that the second light beam influencing device is at least one plate-shaped and A single mirror ( 6 ) that is movable in a pivot axis is that a spacing frame ( 9 ) is located between the first and the second light beam influencing device, that between the first and the second light beam influencing device in the area of the at least one plate-shaped and in one Swivel axis movable individual mirror ( 6 ) towards the same number of optically free transitions ( 12 ) are present that in the cover plates ( 2 a) and ( 2 b), in the spacer frame ( 9 ) and / or in the planes of the first and second light beams influencing devices trenches are introduced so that in this Lichtl Are placed that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) is designed as an electrode and that at least on the parallel to the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) two electrodes arranged parallel to the mirror edges ( 11 a) and ( 11 b). 2. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtstrahlen beein­ flussende Einrichtung mindestens eine einstückig ausgebildete Optik (3) in Form eines Prismas (4) mit integrierter Linse (5) ist, daß mindestens zwei Enden von in Gräben geführten Licht­ leitern (10) an der einstückig ausgebildeten Optik (3) enden, daß sich rechtwinklig zu den Lichtleitern (10) und zur zweiten Lichtstrahlen beeinflussenden Einrichtung hin die Linse (5) be­ findet, daß im Strahlengang die zweite Lichtstrahlen beeinflus­ sende Einrichtung in Form des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels (6) so angeordnet ist, daß sich die Schwenkachse in der Symmetrieachse der Lichtleiter (10) befindet, daß der plattenförmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel (6) eine Elektrode darstellt und daß sich parallel dazu verlaufende Gegenelektroden (11a) und (11b) pro parallel zur Symmetrieachse der Schwenkachse vorhandener Kante des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels (6) auf der dazu parallel angeordneten Deck­ platte (11b) befindet.2. Micromechanical optical switching unit according to claim 1, characterized in that the first light beam influencing device is at least one piece optics ( 3 ) in the form of a prism ( 4 ) with an integrated lens ( 5 ) that at least two ends of trenches Light conductors ( 10 ) at the one-piece optics ( 3 ) end that at right angles to the light guides ( 10 ) and the second light beam influencing device towards the lens ( 5 ) be found that the second light beam influencing device in the beam path of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) is arranged so that the pivot axis is in the axis of symmetry of the light guide ( 10 ), that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) represents an electrode and that parallel to it Counter electrodes ( 11 a) and ( 11 b) each parallel to the axis of symmetry se the pivot axis of the existing edge of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror ( 6 ) on the parallel arranged cover plate ( 11 b). 3. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einstückig ausgebildete Optik zum Lichtleiter nach außen gewölbt ausgebildet ist und daß der Abstand der Gräben zueinander zur einstückig ausgebil­ deten Optik kontinuierlich abnimmt.3. Micromechanical optical switching unit according to claim 2, characterized in that the integrally formed Optics to the light guide is curved outwards and that the distance between the trenches from one another is formed in one piece optics continuously decreases. 4. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Lichtstrahlen beein­ flussende Einrichtung aus mindestens einer Anordnung, bei der zwischen zwei sich gegenüberliegenden Enden von lichtleitenden Einrichtungen ein plattenförmiger und in einer Schwenkachse, die rechtwinklig zum Strahlengang verläuft, bewegbarer Einzel­ spiegel (6) so angeordnet ist, daß sich die Symmetrieachsen des Lichtstrahles und der Schwenkachse des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels (6) in einer Ebene befinden, besteht, daß die zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung mindestens eine gleichartige Anordnung ist, daß diese um 90° gegenüber der ersten in der Ebene so gedreht ange­ ordnet ist, daß sich die Mittelpunkte der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) in einer Symmetrieachse und die nichtausgelenkten plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) parallel zuein­ ander befinden, daß die sich an den Rändern befindenden licht­ leitenden Einrichtungen in Form von Lichtleitern (10) über Gradientenindexlinsen (14) mit Sende- und/oder Empfangseinrich­ tungen optisch verbunden sind, daß sich zwischen der ersten und der zweiten Lichtstrahlen beeinflussenden Einrichtung ein Ab­ standsrahmen (9) befindet, daß sich die erste und die zweite Lichtstrahlen beeinflussende Einrichtung zwischen zwei Deck­ platten (2a) und (2b) befinden, daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) Elektroden dar­ stellen, daß parallel dazu verlaufende Gegenelektroden (11a) und (11b) pro parallel zur Symmetrieachse der Schwenkachse vor­ handener Kante des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels (6) auf den Deckplatten (2a) und (2b) angeordnet sind und daß der Abstandsrahmen (9) und die Deck­ platten (2a) und (2b) Gräben für die lichtleitenden Einrich­ tungen enthalten.4. Micromechanical optical switching unit according to claim 1, characterized in that the first light rays influencing device from at least one arrangement in which between two opposite ends of light-guiding devices a plate-shaped and movable in a pivot axis that is perpendicular to the beam path, individual mirror ( 6 ) is arranged in such a way that the axes of symmetry of the light beam and the pivot axis of the plate-shaped individual mirror ( 6 ) which can be moved in a pivot axis are in one plane, there is that the second light beam influencing device is at least one arrangement of the same kind, that this by 90 ° is rotated relative to the first in the plane is arranged so that the centers of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) in an axis of symmetry and the undeflected plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) are parallel to each other that the light guiding devices located at the edges in the form of light guides ( 10 ) via gradient index lenses ( 14 ) are optically connected to transmitting and / or receiving devices that influence the first and second light beams From a stand frame ( 9 ) is that the first and the second light-influencing device between two cover plates ( 2 a) and ( 2 b) that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirrors ( 6 ) are electrodes, that parallel counter electrodes ( 11 a) and ( 11 b) are arranged on the cover plates ( 2 a) and ( 2 b) per parallel to the axis of symmetry of the pivot axis in front of the present edge of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) and that the spacer frame ( 9 ) and the cover plates ( 2 a) and ( 2 b) contain trenches for the light-guiding devices. 5. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Anordnungen, bei der zwischen zwei sich gegenüberliegenden Enden von lichtleitenden Einrichtungen ein plattenförmiger und in einer Schwenkachse, die rechtwinklig zum Strahlengang verläuft, bewegbarer Einzel­ spiegel (6) so angeordnet ist, daß sich die Symmetrieachsen des Lichtstrahles und der Schwenkachse des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegels (6) in einer Ebene befinden, in Reihe und parallel angeordnet sind und daß die sich an den Rändern befindenden Lichtleiter (10) über Gradien­ tenindexlinsen (14) mit Sende- und/oder Empfangseinrichtungen optisch verbunden sind.5. Micromechanical optical switching unit according to claim 4, characterized in that a plurality of arrangements in which between two opposite ends of light-guiding devices a plate-shaped and in a pivot axis that is perpendicular to the beam path, movable single mirror ( 6 ) is arranged so that the axes of symmetry of the light beam and the pivot axis of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror ( 6 ) are in one plane, are arranged in series and in parallel and that the light guides ( 10 ) located at the edges via gradient index lenses ( 14 ) with transmission - And / or receiving devices are optically connected. 6. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gleiche Anzahl von Anord­ nungen, bei der zwischen zwei sich gegenüberliegenden Enden von lichtleitenden Einrichtungen ein plattenförmiger und in einer Schwenkachse, die rechtwinklig zum Strahlengang verläuft, be­ wegbarer Einzelspiegel (6) so angeordnet ist, daß sich die Symmetrieachsen des Lichtstrahles und der Schwenkachse des plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzel­ spiegels (6) in einer Ebene befinden, pro erster und zweiter Lichtstrahlen beeinflussender Einrichtung vorhanden und daß die sich an den Rändern befindenden Lichtleiter (10) über Gradien­ tenindexlinsen (14) mit Sende- und/oder Empfangseinrichtungen optisch verbunden sind.6. Micromechanical optical switching unit according to claim 4, characterized in that the same number of Anord openings, in which between two opposite ends of light-guiding devices a plate-shaped and in a pivot axis that is perpendicular to the beam path, be movable single mirror ( 6 ) so is arranged that the axes of symmetry of the light beam and the pivot axis of the plate-shaped and movable in a pivot axis single mirror ( 6 ) are in one plane, for each first and second light beam influencing device and that the light guides located at the edges ( 10 ) above Gradien tenindexlinsen ( 14 ) are optically connected to transmitting and / or receiving devices. 7. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich Anschläge auf den Deck­ platten (2a) und (2b) korrespondierend zu den parallel zur Schwenkachse verlaufenden Kanten der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) befinden.7. Micromechanical optical switching unit according to claim 4, characterized in that there are stops on the deck plates ( 2 a) and ( 2 b) corresponding to the parallel to the pivot axis edges of the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ). 8. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Anschläge gleich dem Abstand der parallel zu der Schwenkachse verlaufenden Kanten der plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) in mit einem Winkel von 45° gegenüber den Deckplatten (2a) und (2b) gekippten Zuständen und den Deck­ platten (2a) und (2b) ist.8. Micromechanical optical switching unit according to claim 7, characterized in that the height of the stops is equal to the distance between the edges of the plate-shaped and movable in a pivot axis parallel to the edges of the individual mirrors ( 6 ) in an angle of 45 ° with respect to the cover plates ( 2nd a) and ( 2 b) tilted states and the cover plates ( 2 a) and ( 2 b). 9. Mikromechanische optische Schalteinheit nach den Patentan­ sprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der platten­ förmige und in einer Schwenkachse bewegbare Einzelspiegel (6) über zwei sich an gegenüberliegenden Kanten mittig angeordneten Torsionsbalken (7) mit einem den plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) umgebenden Rahmen (8) verbunden ist oder daß die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) über zwei sich an gegenüberliegenden Kanten mittig angeordneten Torsionsbalken (7) mit parallel angeordneten Stegen (13) verbunden sind.9. micromechanical optical switching unit according to claims 1 to 6, characterized in that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) over two centered on opposite edges torsion bars ( 7 ) with a plate-shaped and movable in a pivot axis Single mirror ( 6 ) surrounding frame ( 8 ) is connected or that the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) via two centrally located on opposite edges torsion bars ( 7 ) are connected to parallel webs ( 13 ). 10. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6), die Tor­ sionsbalken (7), der Rahmen (8) und die parallel angeordneten Stege (13) ein mit Schichten versehene und strukturierte Halb­ leiterscheibe ist.10. Micromechanical optical switching unit according to claim 9, characterized in that the or the plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ), the gate sionsbalken ( 7 ), the frame ( 8 ) and the parallel webs ( 13 ) with layers provided and structured semi-conductor disc. 11. Mikromechanische optische Schalteinheit nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen eine Opferschicht der Halbleiterscheibe ist und daß der oder die plattenförmigen und in einer Schwenkachse bewegbaren Einzelspiegel (6) und die Torsionsbalken (7) Teile der Opferschicht sind.11. Micromechanical optical switching unit according to claim 10, characterized in that the frame is a sacrificial layer of the semiconductor wafer and that the one or more plate-shaped and movable in a pivot axis individual mirror ( 6 ) and the torsion bars ( 7 ) are parts of the sacrificial layer.
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