(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定電極基板、基板、フレクチュア部を介して基板に取り付け結合される可動電極板、互に平行な隣接する直線に沿って、可動電極板に対して隣接して配置された出射側光ファイバおよび入射側光ファイバ、上記互いに平行な直線に沿って配置された出射側光ファイバおよび入射側光ファイバに対向して可動電極板の表面に形成されるミラー対を具備し、上記ミラー対は、上記互に平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に関して傾斜して基板に垂直に設置し、可動電極板を下向きに静電駆動して光を切り替え制御する光スイッチにおいて、
出射側光ファイバとミラー対による反射光を受光する入射側光ファイバとを、両者間に、入射側光ファイバに到達したときの光のレベルが出射側光ファイバから出射したときの光レベルと比較して低下した分に相当する高低差をつけて基板に固定したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載される光スイッチにおいて、
出射側光ファイバが配列される直線に沿ってミラーを挟んで対向する位置に第２の入射側光ファイバを当該出射側光ファイバとの間に高低差をつけずに基板に固定したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
固定電極基板、基板、フレクチュア部を介して基板に取り付け結合される可動電極板、互に平行な直線に沿って、可動電極板に対して隣接して配置された第１の出射側光ファイバおよび第１の入射側光ファイバに対向して可動電極板の表面に形成される第１ミラー対を具備し、前記第１ミラー対は、上記互いに平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に対して傾斜して基板に垂直に設置され、更に、前記第１の出射側光ファイバおよび第１の入射側光ファイバと同様な構成の第２の出射側光ファイバおよび第２の入射側光ファイバを具備し、前記第１の出射側光ファイバと前記第２の入射側光ファイバと同一直線上に配置され、互いに平行な直線に沿って配置された第２の出射側光ファイバおよび第２の入射側光ファイバに対向して可動電極板２の表面に形成される第２ミラー対を具備し、前記第２ミラー対は、上記互いに平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に対して傾斜して基板１に垂直に設置され、前記可動電極板２を下向きに静電駆動して光を切り替え制御する光スイッチにおいて、
前記第１および第２の出射側光ファイバと、前記第１および第２ミラー対による反射光を受光する前記第１および第２入射側光ファイバとを、両者間に、前記第１および第２入射側光ファイバに到達したときの光のレベルが前記第１および第２出射側光ファイバから出射したときの光のレベルと比較して低下した分に相当する高低差をつけて、基板に固定したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載される光スイッチにおいて、
互に平行な直線に沿って基板に各別に断面Ｖ字溝を形成して出射側光ファイバおよび入射側光ファイバを位置決め固定し、ここで、出射側光ファイバと入射側光ファイバとの間の高低差は両者の断面Ｖ字溝の深さに差をつけて形成したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される光スイッチにおいて、
ミラーは感光性合成樹脂を露光、現像して形成した構造体表面に金属をコーティングしたものより成ることを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光スイッチに関し、特に、出射側光ファイバおよびミラーによる反射光を受光する入射側光ファイバに高低差をつけて基板１に固定した光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
４個のミラーを可動電極板の表面に形成して出射側光ファイバから出射された光の向きを切り替えて入射側光ファイバに伝送する２×２光スイッチの先行例を図５を参照して説明する。
図５は組み立てられた２×２光スイッチを説明する図である。図５（ａ）は２×２光スイッチを上から視た図、図５（ｂ）は図５（ａ）において入射側光ファイバ５および出射側光ファイバ４’の軸心を通る縦方向断面を示す図である。
【０００３】
マイクロレンズ９１および９２は透明の平板にレンズ部をマトリクス状に多数配列形成した平板マイクロレンズアレイから隣接する２個のマイクロレンズを切り出してマイクロレンズアレイ９を構成している。このマイクロレンズアレイ９のマイクロレンズ９１には出射側光ファイバ４が対向配置され、マイクロレンズ９２には入射側光ファイバ５が対向配置されている。同様に、マイクロレンズアレイ９’のマイクロレンズ９１’には入射側光ファイバ５’が対向配置され、マイクロレンズ９２’には出射側光ファイバ４’が対向して配置されている。
【０００４】
この２×２光スイッチは、２本の出射側光ファイバ４、４’および２本の入射側光ファイバ５、５’より成る４本の光ファイバ、これら光ファイバに対向して配置される４個のマイクロレンズ９１、９２、９１’、９２’、可動電極板２、可動電極板２に形成されたミラー３１、３２、３１’、３２’、可動電極板２に接合固定される固定電極基板８より成る。可動電極板２はフレクチュア部２１を介して基板１に結合保持されている。これら光ファイバは、平行な２本の直線の内の一方の直線に１本の出射側光ファイバ４および１本の入射側光ファイバ５’が対向して配列されると共に他方の直線に１本の出射側光ファイバ４’および１本の入射側光ファイバ５が対向して配列されている。そして、対向する出射側光ファイバ４および入射側光ファイバ５’の間および出射側光ファイバ４’および入射側光ファイバ５の間には光ファイバに対向して可動電極板２に形成されたミラーが配置されている。更に、各出射側光ファイバ４、４’および入射側光ファイバ５、５’の直前にはそれぞれの集光マイクロレンズが配置されている。レンズ間には、可動電極板２に形成されたミラーが位置決めされている。
【０００５】
図６を参照して２×２光スイッチの切り替え動作について説明する。この２×２光スイッチは、図６（ａ）および図６（ｂ）に示される定常状態においては出射側光ファイバ４を介して入射する光はミラー３１およびミラー３２により反射して入射側光ファイバ５に入射するが、ミラー３１により遮断されて他方の入射側光ファイバ５’には入射しない。一方、出射側光ファイバ４’を介して入射する光はミラー３１’およびミラー３２’により反射して入射側光ファイバ５’に入射するが、ミラー３１’により遮断され入射側光ファイバ５には入射しない。可動電極板２と固定電極基板８の間に電圧を印加して可動電極板２を下向きに吸引した図６（ｃ）および図６（ｄ）の駆動状態においては、出射側光ファイバ４を介して入射する光はミラー３１およびミラー３２’の上側を直進通過して入射側光ファイバ５’に入射するが入射側光ファイバ５には入射しない。一方、出射側光ファイバ４’を介して入射する光は、ミラー３１’およびミラー３２の上側を直進通過して入射側光ファイバ５に入射するが、入射側光ファイバ５’には入射しない。２×２光スイッチは、以上の通りにして、出射側光ファイバ４、４’から出射された光の向きを切り替えて入射側光ファイバ５、５’に伝送することができる。
【０００６】
ここで、可動電極板２の上面にミラー３１、３２、３１’、３２’を構成する仕方を図７を参照して説明する。
図７（ａ）を参照するに、基板１表面全面に数１０μｍ厚の感光性合成樹脂Ｅを塗布する。
図７（ｂ）を参照するに、感光性合成樹脂Ｅのミラー３１、３２、３１’、３２’が形成されるべき縦のハッチングにより示されるところのみを上から露光Ｌしてミラー形状ｍを構成する。
【０００７】
図７（ｃ）を参照するに、現像して露光されない部分の感光性合成樹脂Ｅを除去する。
図７（ｄ）を参照するに、ミラー形状ｍに金属をコーティングすることにより数１００μｍの高さのミラー３１、３２、３１’、３２’を形成する（以上の詳細は、当該特許出願人の出願に関わる特願２０００−２７０６２１号明細書  参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ミラー３１、３２、３１’、３２’は以上の如く後で可動電極板２となる基板１の表面に形成される感光性合成樹脂Ｅを原材料としてこれを露光、現像して形成される。この場合、図７（ｅ）を参照するに、これらのミラー基体ｍは、その対向する光ファイバ側の表面が基板１の表面に関して完全に直角には形成されないで、僅かに傾斜して形成される場合がある。即ち、ミラー基体ｍの表面は基板１に近づくにつれて厚さを漸減して形成される傾向にある。これは、数１０μｍ厚の感光性合成樹脂Ｅのミラー３１、３２、３１’、３２’が形成されるべきところを上から露光するに際して、感光性合成樹脂Ｅの表面から厚さ方向に露光の勾配が生ずるからであると考えられる。ここで、ミラー基体ｍの光ファイバ側に対向する表面が、基板１の表面からみて鋭角或いは鈍角に傾斜して形成された場合、金属をコーティングして形成されたミラー３１、３１’の表面に出射側光ファイバ４、４’およびそれぞれのレンズを介して入射する光は、ミラー３１、３１’の表面においてミラーの高さ方向に僅かに成分を有して反射されることになる。即ち、入射する光は、ミラー表面が基板１の表面からみて鋭角に傾斜して形成された場合、ミラーの表面から少し下向きに傾斜して反射する。従って、出射側光ファイバ４、４’および入射側光ファイバ５、５’が共通平面上に位置決め固定されていると、反射光の光軸と入射側光ファイバ５、５’の光軸とが平行にはならず、反射光は高低差を有して入射側のポートに入射することになり、入射側光ファイバ５、５’それぞれのレンズに対して適正な入射がなされたことにはならず、結局、２×２光スイッチによる光の挿入損失が生ずる。
【０００９】
この発明は、出射側光ファイバおよびミラーによる反射光を受光する入射側光ファイバに高低差をつけて基板に固定することにより上述の問題を解消した光スイッチを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１：固定電極基板８、基板１、フレクチュア部２１を介して基板１に取り付け結合される可動電極板２、互に平行な隣接する直線に沿って、可動電極板２に対して隣接して配置された出射側光ファイバ４および入射側光ファイバ５、上記互いに平行な直線に沿って配置された出射側光ファイバ４および入射側光ファイバ５に対向して可動電極板２の表面に形成されるミラー対３１、３２を具備し、上記ミラー対３１、３２は、上記互に平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に関して傾斜して基板１に垂直に設置し、可動電極板２を下向きに静電駆動して光を切り替え制御する光スイッチにおいて、
出射側光ファイバ４とミラー対３１、３２による反射光を受光する入射側光ファイバ５とを、両者間に、入射側光ファイバ５に到達したときの光のレベルが出射側光ファイバ４から出射したときの光レベルと比較して低下した分に相当する高低差をつけて、基板１に固定した光スイッチを構成した。
【００１１】
そして、請求項２：請求項１に記載される光スイッチにおいて、出射側光ファイバ４が配列される直線に沿ってミラー３１を挟んで対向する位置に第２の入射側光ファイバ５’を当該出射側光ファイバ４との間に高低差をつけずに基板１に固定した光スイッチを構成した。
また、請求項３：固定電極基板８、基板１、フレクチュア部２１を介して基板１に取り付け結合される可動電極板２、互に平行な直線に沿って、可動電極板２に対して隣接して配置された第１の出射側光ファイバ４および第１の入射側光ファイバ５に対向して可動電極板２の表面に形成される第１ミラー対３１、３２を具備し、前記第１ミラー対３１、３２は、上記互いに平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に対して傾斜して基板に垂直に設置され、更に、前記第１の出射側光ファイバ４および第１の入射側光ファイバ５と同様な構成の第２の出射側光ファイバ４’および第２の入射側光ファイバ５’を具備し、前記第１の出射側光ファイバ４と前記第２の入射側光ファイバ５’と同一直線上に配置され、互いに平行な直線に沿って配置された第２の出射側光ファイバ４’および第２の入射側光ファイバ５’に対向して可動電極板２の表面に形成される第２ミラー対３１’、３２’を具備し、前記第２ミラー対３１’、３２’は、上記互いに平行な直線に沿って各別に反射面を直線方向に対して傾斜して基板１に垂直に設置され、前記可動電極板２を下向きに静電駆動して光を切り替え制御する光スイッチにおいて、
前記第１および第２の出射側光ファイバ４、４’と、前記第１および第２ミラー対３１、３２および３１’、３２’による反射光を受光する前記第１および第２入射側光ファイバとを、両者間に、前記第１および第２入射側光ファイバ５、５’に到達したときの光のレベルが前記第１および第２出射側光ファイバ４、４’から出射したときの光のレベルと比較して低下した分に相当する高低差をつけて、基板１に固定した光スイッチを構成した。
【００１２】
更に、請求項４：請求項１ないし請求項３の内の何れかに記載される光スイッチにおいて、互に平行な直線に沿って基板１に各別に断面Ｖ字溝を形成して出射側光ファイバおよび入射側光ファイバを位置決め固定し、ここで、出射側光ファイバと入射側光ファイバとの間の高低差は両者の断面Ｖ字溝の深さに差をつけて形成した光スイッチを構成した。
また、請求項５：請求項１ないし請求項４の内の何れかに記載される光スイッチにおいて、ミラーは感光性合成樹脂を露光、現像して形成した構造体表面に金属をコーティングしたものより成る光スイッチを構成した。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図１および図２の実施例を参照して説明する。図１および図２は基板、可動電極板、ミラーの製造工程を説明する図である。
（工程１）  基板１としてシリコンより成る基板を準備する。
（工程２）  基板１の表面に多結晶シリコン膜を成膜し、結合部２１１、フレクチュア部２１、可動電極板２の形状にパターニングする。
（工程３）  基板１の表裏両面を２酸化シリコン膜７で被覆し、座ぐり孔１２を形成するに必要な形状を基板１の裏面の２酸化シリコン膜７にパターニングする。
【００１４】
（工程４）  基板１の裏面にエッチングを施して座ぐり孔１２を形成する。
（工程５）  ２個所のレンズ取り付け凹部１３およびこれらから平行に延伸形成される２本の断面Ｖ字溝１４を形成するに必要な形状を、基板１の表面の２酸化シリコン膜７にパターニングする。ここで、断面Ｖ字溝１４のパターンの幅は形成されるべき断面Ｖ字溝１４の深さに対応して変化させる。即ち、形成されるべき断面Ｖ字溝１４の深さに比例して断面Ｖ字溝１４のパターンの幅を大きくする。
【００１５】
（工程６）  基板１の表面にエッチングを施してレンズ取り付け凹部１３および断面Ｖ字溝１４、１４’を形成する。
（工程７）  工程６において残存する２酸化シリコン膜７を除去する。
（工程８）  基板１表面全面に数１０μｍ厚の感光性合成樹脂Ｅを塗布する。
（工程９）  感光性合成樹脂Ｅの内のミラー３１、３２、３１’、３２’が形成されるべき縦のハッチングにより示されるところのみを上から露光Ｌしてミラー形状ｍを構成する。
【００１６】
（工程１０）  現像して露光されない部分の感光性合成樹脂Ｅを除去する。
（工程１１）  ミラー形状に金属をコーティングすることにより数１０μｍの高さのミラー３１、３２、３１’、３２’を形成する。
以上の（工程１）ないし（工程１１）迄で、図３に示される通りの基板、可動電極板、ミラーが形成された。
（工程１２）  別途、半導体基板を原材料基板として周縁部にエッチング加工を施して、中央隆起部８１を形成すると共に中央隆起部８１を包囲する鍔部８２を形成した図６に示される固定電極基板８を製造し、基板１の下面に接合固定する。
【００１７】
以上の通りに製造された２×２光スイッチを図４に示す。図４（ａ）は２×２光スイッチを上から視た図、図４（ｂ）は図４（ａ）における線ｂ−ｂ’に沿った断面を少し拡大して矢印の向きに視た図、図４（ｃ）は図４（ａ）における線ｃ−ａ’に沿った断面を少し拡大して矢印の向きに視た図、図４（ｄ）は図４（ａ）における線ｄ−ｄ’に沿った断面を少し拡大して矢印の向きに視た図である。
先に、図７（ｅ）を参照して説明した通り、ミラー基体ｍがその対向する光ファイバ側の表面が基板１の表面に関して完全に直角には形成されないで、僅かに傾斜して形成されるところから、出来上がりの可動電極板２上面のミラー３１、３２、３１’、３２’は可動電極板２の表面からみて鋭角或いは鈍角に傾斜して形成される。ここで、ミラー３１、３２を第１ミラー対と称し、ミラー３１’、３２’を第２ミラー対と称す。この傾斜に起因して、反射光は高低差を有して入射側のポートに入射することになり、入射側光ファイバ５、５’それぞれのレンズに対して適正な入射がなされたことにはならないので、（工程５）においては断面Ｖ字溝１４のパターンの幅を形成されるべき断面Ｖ字溝１４の深さに対応して変化させ、即ち、形成されるべき断面Ｖ字溝１４の深さに比例してこれを形成するパターンの幅を大きく形成し、形成される断面Ｖ字溝１４の深さを調整してここに位置決め固定される入射側光ファイバと出射側光ファイバの間に高低差を形成する。
【００１８】
具体的には、ミラーの光ファイバ側に対向する表面が可動電極板２の表面からみて鋭角に傾斜して形成されている場合、出射側ポート１における断面Ｖ字溝１４は標準の深さの断面Ｖ字標準溝を形成するものとして、これに対応して標準パターン幅にパターニングする。ポート２における断面Ｖ字溝１４は標準の深さと比較して少し深い断面Ｖ字深溝を形成するものとし、これに対応して標準パターン幅と比較して少し広い幅広パターン幅にパターニングする。入射側ポート３における断面Ｖ字溝１４は標準の深さの断面Ｖ字標準溝を形成するものとし、これに対応して標準パターン幅にパターニングする。ポート４における断面Ｖ字溝１４は標準の深さと比較して少し浅い断面Ｖ字深溝を形成するものとし、これに対応して標準パターン幅と比較して少し狭い幅狭パターン幅にパターニングする。断面Ｖ字溝１４を形成するパターン幅を大きく形成することにより、パターン幅に比例して形成されるべき断面Ｖ字溝１４の深さは増大する。
【００１９】
以上により、各ポートにおける断面Ｖ字溝１４の深さは
ポート２＞ポート１
ポート３＞ポート４
の関係に形成される。但し、実施例においては、ポート１とポート３における断面Ｖ字溝１４の深さは等しく設定されている。
これにより、各ポートにおける断面Ｖ字溝１４に位置決め固定される光ファイバの高さの関係は、
ポート２＜ポート１
ポート３＜ポート４
となる。
【００２０】
図４を参照するに、可動電極板２が下向きに吸引されていない定常状態において、ポート１の光ファイバ４から出射した光はマイクロレンズ９１を介してミラー３１に入射して水平方向に反射し、ここからミラー３１に入射して反射する。ミラー３１および３２は対向する光ファイバ４側に僅かに傾斜して形成されているものとすると、ミラー３１における水平方向反射光は僅かに下向きの成分を有して反射し、ミラー３２に入射して更に僅かに下向きの成分を有して水平方向に反射し、ポート２の光ファイバ５にマイクロレンズ９２を介して入射する。ポート１の光ファイバ４から出射した光は、ミラー３１および３２において２回に亘って下向きの成分を有して水平方向に反射したことにより、ポート２に到達したときの光のレベルはポート１から出射したときのレベルと比較して低下する。この低下を予め勘案して、ポート１の光ファイバ４の高さを基準としてポート２の光ファイバ５の高さを低くして、光ファイバ４と光ファイバ５を位置決め固定する。この高さの設定をするに、ポート１における断面Ｖ字溝１４の深さを基準深さとしてポート２における断面Ｖ字溝１４の深さを基準深さより深く設定する。ポート３とポート４についても、同様にして、光の出射側のポート４の光ファイバ４’の高さを光の入射側のポート３の光ファイバ５’の高さと比較して高く位置決め固定する。即ち、ポート４の断面Ｖ字溝１４の深さを標準より浅く形成する一方、ポート３の断面Ｖ字溝１４の深さを標準深さに形成する。
【００２１】
以上を要約するに、ミラーの光ファイバ側に対向する表面が可動電極板２の表面からみて鋭角に傾斜して形成されている場合、出射側ポートの断面Ｖ字溝１４の深さと比較して入射側ポートの断面Ｖ字溝１４の深さを深く形成し、これにより出射側ポートに位置決め固定される断面Ｖ字溝１４の光ファイバの高さと比較して入射側ポートに位置決め固定される断面Ｖ字溝１４の光ファイバの高さを低くする。
逆に、ミラーの光ファイバ側に対向する表面が可動電極板２の表面からみて鈍角に傾斜して形成されている場合は、出射側ポートの断面Ｖ字溝１４の深さと比較して入射側ポートの断面Ｖ字溝１４の深さを浅く形成し、これにより出射側ポートの断面Ｖ字溝１４に位置決め固定される光ファイバの高さと比較して入射側ポートに位置決め固定される断面Ｖ字溝１４の光ファイバの高さを高くする。
【００２２】
以上の説明は２×２光スイッチを実施例としてなされたが、この発明は、図４において、出射側光ファイバ４、入射側光ファイバ５、ミラー３１、３２より成る１×１光スイッチについても適用することができ、更に、第２の入射側光ファイバ５’を有する１×２光スイッチについても適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の通りであって、この発明によれば、出射側ポートの断面Ｖ字溝に位置決め固定される出射側光ファイバの高さと比較して入射側ポートの断面Ｖ字溝に位置決め固定される入射側光ファイバの高さに高低差を形成することにより、可動電極板の表面に形成されるミラーにその高さ方向に成分を有して入反射して入射側ポートに到来する光の到達位置に入射側光ファイバを位置決め固定することにより、入射側光ファイバに対する入射を適正にして、光の伝送過程における光スイッチによる光の挿入損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例を説明する図。
【図２】図１の続き。
【図３】一体形成された基板、可動電極板、ミラーを示す図。
【図４】２×２光スイッチの実施例を示す図。
【図５】２×２光スイッチの先行例を示す図。
【図６】２×２光スイッチの切り替え動作を説明する図。
【図７】ミラーを構成する仕方を説明する図。
【符号の説明】
１  基板                  ２  可動電極板
２１  フレクチュア        ３１、３２  ミラー
４  出射側光ファイバ      ５  入射側光ファイバ
８  固定電極基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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