(57)【要約】【課題】光スイッチ１の特性ばらつきを小さく抑制する。【解決手段】基台２に対して浮いた状態の可動部８には略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２を、また、基台２に固定されている固定部７には略Ｖ字形状の光導波路Ｌ３，Ｌ４をそれぞれ形成して、４本の光導波路Ｌ１〜Ｌ４により略Ｘ字形状を形成する。可動部８よりも固定部７側には駆動用固定部６ａ，６ｂを形成する。可動部８と固定部６ａ，６ｂ間の静電引力による可動部８の変位によって可動部８側の光導波路Ｌ１，Ｌ２と固定部７側の光導波路Ｌ３，Ｌ４が接続すると、光導波路Ｌ１，Ｌ４が光接続し、また、光導波路Ｌ２，Ｌ３が光接続する。可動部８が固定部７と離間すると、光導波路の端面と空隙の界面での反射により、可動部８側の光導波路Ｌ１，Ｌ２同士、固定部７側のＬ３，Ｌ４同士が光接続する。加工精度が高いＭＥＭＳ技術を利用して作製できるので、特性ばらつきを抑制できる。【選択図】　　　　図２
2004029227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台と、この基台上に設けられている固定部と、この固定部に隣接し基台から浮いた状態で配置され固定部に対する遠近方向に可動自在な可動部と、この可動部を固定部に対する遠近方向に変位させる可動部駆動手段とを有し、固定部には、光ファイバに光接続する２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成され、可動部にも２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成されて、それら４本の光導波路の端部部分は略Ｘ字形状を形成しており、可動部駆動手段による可動部の変位制御により、可動部が固定部に近づく方向に変位したときには可動部に形成されている各光導波路の端面がそれぞれ対向する固定部の光導波路の端面に接触して可動部側と固定部側の互いに対向し合う光導波路同士が光接続し、また、可動部が固定部から離れる方向に変位して可動部側の光導波路と固定部側の光導波路が空隙を介して離間したときには可動部に形成されている光導波路同士および固定部に形成されている光導波路同士が、それぞれ、光導波路の端面と空隙の界面での反射により光接続する構成を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
可動部駆動手段は、静電引力を利用して可動部を変位させる構成を有することを特徴とする請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
可動部よりも固定部側には、駆動用固定部が、光導波路形成領域の固定部と間隔を介して設けられており、可動部駆動手段は、駆動用固定部と可動部との互いに対向し合う面間に発生させる静電引力により可動部を固定部側に変位させる構成を有することを特徴とする請求項２記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光信号の経路を切り換えるための光スイッチに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
図４（ａ）には光スイッチの一例が斜視図により示され、図４（ｂ）には図４（ａ）のＡ−Ａ部分の断面図が示されている。この光スイッチ４０は、ポリマー導波路フィルム４１と、このフィルム４１を挟み込み保持する押え板４２ａ，４２ｂと、フィルム駆動機構４３と、ポリマー導波路フィルム４１に形成されている４本の光導波路Ｐ１〜Ｐ４とを有して構成されている。
【０００３】
光導波路Ｐ１〜Ｐ４は、それぞれ、ポリマー導波路フィルム４１に形成されており、それら各光導波路Ｐ１〜Ｐ４の一端部分は共通に接続されて各光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部部分は略Ｘ形状となっている。押え板４２ａ，４２ｂには、それぞれ、そのポリマー導波路フィルム４１の略Ｘ字形状光導波路形成部分に対応する領域に、表面側からポリマー導波路フィルム４１に至る貫通孔４４ａ，４４ｂが形成されている。
【０００４】
ポリマー導波路フィルム４１には、それら貫通孔４４ａ，４４ｂから露出する部分に、光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部の接続部を通る切り込み４５が形成されている。フィルム駆動機構４３は、その切り込み４５の下方側に配置されている。このフィルム駆動機構４３は、図５（ｂ）に示されるように、ポリマー導波路フィルム４１を押し上げることが可能に構成されており、このポリマー導波路フィルム４１の押し上げにより、図５（ａ）、（ｂ）に示されるように、切り込み４５が開く構成となっている。
【０００５】
このような光スイッチ４０においては、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように切り込み４５が閉じて光導波路Ｐ１〜Ｐ４の端部が接続されている状態のときに、光信号が光導波路Ｐ１を伝搬してきたとすると、その入射光は、光導波路Ｐ１に対向する光導波路Ｐ３を通って出射される。また、光信号が光導波路Ｐ４を伝搬してきたとすると、その入射光は、光導波路Ｐ４に対向する光導波路Ｐ２を通って出射される。
【０００６】
また、図５（ａ）、（ｂ）に示されるようにフィルム駆動機構４３によるポリマー導波路フィルム４１の押し上げによって切り込み４５が開いたときには、光導波路Ｐ１の入射光は、光導波路Ｐ１の端面と切り込み４５の開動作による空隙との界面で反射して光導波路Ｐ２に入射し、当該光導波路Ｐ２を通って出射される。また、光導波路Ｐ４の入射光も同様に、光導波路Ｐ４の端面と切り込み４５の開動作による空隙との界面で反射して光導波路Ｐ３に入射し、当該光導波路Ｐ３を通って出射される。
【０００７】
このように、光スイッチ４０では、フィルム駆動機構４３による切り込み４５の開閉動作によって、光信号の経路を切り換えることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光スイッチ４０の製造工程において、ポリマー導波路フィルム４１に切り込み４５を形成する際には、カッター等の刃物を利用する。このような刃物を利用した加工の精度は、数百μｍから数十μｍ程度であり、光導波路を作製するＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術等の微細加工の精度に比べて、格段に劣る。この切り込み４５の加工精度の低さに起因して、光スイッチ４０の特性に大きなばらつきが生じるという問題がある。
【０００９】
この発明は上記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、特性ばらつきを抑制することが容易な光スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明は次に示す構成をもって前記課題を解決するための手段としている。すなわち、この発明は、基台と、この基台上に設けられている固定部と、この固定部に隣接し基台から浮いた状態で配置され固定部に対する遠近方向に可動自在な可動部と、この可動部を固定部に対する遠近方向に変位させる可動部駆動手段とを有し、固定部には、光ファイバに光接続する２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成され、可動部にも２本の光導波路が端部の一部分を接合させ少なくとも端部部分をＶ字形状にして形成されて、それら４本の光導波路の端部部分は略Ｘ字形状を形成しており、可動部駆動手段による可動部の変位制御により、可動部が固定部に近づく方向に変位したときには可動部に形成されている各光導波路の端面がそれぞれ対向する固定部の光導波路の端面に接触して可動部側と固定部側の互いに対向し合う光導波路同士が光接続し、また、可動部が固定部から離れる方向に変位して可動部側の光導波路と固定部側の光導波路が空隙を介して離間したときには可動部に形成されている光導波路同士および固定部に形成されている光導波路同士が、それぞれ、光導波路の端面と空隙の界面での反射により光接続する構成を有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明に係る実施形態例を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１（ａ）には、この実施形態例の光スイッチの主要構成部分が平面図により模式的に示され、図１（ｂ）には図１（ａ）のＡ−Ａ部分の模式的な断面図が示され、図１（ｃ）には図１（ａ）のＢ−Ｂ部分の模式的な断面図が示されている。この実施形態例の光スイッチ１は、ガラスから成る基台２と、この基台２上に例えば陽極接合手法により接合されるシリコン基板３との２層構造を有する。
【００１３】
そのシリコン基板３は例えばＭＥＭＳ技術等により加工されて、当該シリコン基板３には、固定部４〜７と可動部８と梁９（９ａ〜９ｄ）等が形成されている。すなわち、固定部４と固定部７は間隔を介して基台２上に固定配置され、これら固定部４，７に挟み込まれた領域には可動部８が形成されている。また、その固定部４，７に挟み込まれた領域には、固定部５（５ａ，５ｂ）が、それぞれ、固定部４，７の配置方向（つまり、図の上下方向）に略直交する方向（図の左右方向）に沿って、可動部８を挟み込むようにして、基台２に固定形成されている。
【００１４】
可動部８は基台２に対して浮いた状態に形成されており、当該可動部８は、梁９ａ，９ｂを介して固定部５ａに支持されると共に、梁９ｃ，９ｄを介して固定部５ｂに支持され、固定部４，７に対して遠近方向（図の上下方向）に可動が自在となっている。
【００１５】
固定部７は可動部８側に突出した部位１０を有し、この突出した部位１０を間隔を介して挟み込み、かつ、可動部８よりも固定部７側の領域に、固定部６ａ，６ｂが配置されている。これら各固定部６ａ，６ｂには、それぞれ、可動部８の固定部７側の面８αに間隔を介して対向する面６ａα，６ｂαが形成されている。
【００１６】
固定部４，７の上部には、それぞれ、溝１２が２本ずつ形成されている。これら各溝１２には、それぞれ、光ファイバ１３が配置される。また、可動部８の上部には２本の光導波路Ｌ１，Ｌ２が形成されている。これら光導波路Ｌ１，Ｌ２は、一端部がそれぞれ固定部４に配置される別々の光ファイバ１３に接続され、他端側の端部同士の一部分が接合されて略Ｖ字形状に形成されている。この略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２は、そのＶ字の頂部が、固定部７の突出部位１０の先端部に対向する可動部８の側縁部分Ｚに配置されている。光導波路Ｌ１，Ｌ２のＶ字頂部の端面は、可動部８の側面とほぼ同一平面上に形成されている。
【００１７】
さらに、固定部７の突出部位１０の上部にも、上記光導波路Ｌ１，Ｌ２と同様な光導波路Ｌ３，Ｌ４が形成されている。つまり、それら光導波路Ｌ３，Ｌ４は、一端部がそれぞれ固定部７に配置される光ファイバ１３に接続され、他端側の端部同士の一部が接合されて略Ｖ字形状に配置形成されている。この略Ｖ字形状の光導波路Ｌ３，Ｌ４は、そのＶ字の頂部が突出部位１０の先端部に配置されて、略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２のＶ字頂部と向き合うように形成されており、４本の光導波路Ｌ１〜Ｌ４は略Ｘ字形状を構成している。
【００１８】
さらにまた、この光スイッチ１には、図示されていないが、固定部５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，７（１０）を外部の回路に接続するための配線手段が設けられている。例えば、固定部６ａ，６ｂをそれぞれ配線手段により外部のグランドに接地し、また、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）をそれぞれ配線手段により外部の電圧印加手段（図示せず）に接続して当該固定部５ａ，５ｂ，７（１０）にそれぞれ等電位の電圧を印加すると、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとの間に電位差が生じる。これにより、互いに間隔を介して対向し合う可動部８の固定部７側の面８αと、固定部６ａ，６ｂの可動部８側の面６ａα，６ｂαとの間に静電引力が発生する。この静電引力によって、図２（ａ）に示すような状態から、図２（ｂ）に示されるように、可動部８が固定部７（固定部６）側に引き寄せられる。すなわち、この実施形態例では、固定部６ａ，６ｂは駆動用固定部として機能し、これら固定部６ａ，６ｂと可動部８との互いに対向し合う面８α，６ａα，６ｂαによって、静電引力により可動部８を固定部７側に変位させる可動部駆動手段が構成されている。
【００１９】
この実施形態例では、その可動部駆動手段による可動部８の変位により、可動部８が固定部７側に移動して、可動部８の光導波路Ｌ１，Ｌ２先端部形成領域Ｚと、固定部７の突出部位１０の先端部とが当接する構成となっている。この構成により、可動部８側の略Ｖ字形状の光導波路Ｌ１，Ｌ２の端面と、固定部７側の略Ｖ字形状の光導波路Ｌ３，Ｌ４の端面とを接触させることができる。
【００２０】
ところで、この実施形態例では、それら接触する可動部８と固定部７（１０）は同じ電位であることから、接触しても問題は生じないが、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとが接触してショートしてしまうと、その可動部８と、固定部６ａ，６ｂとの電位差により、光スイッチ１の破損等の大きな問題を招いてしまう虞がある。このことから、この実施形態例では、可動部８において、光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部分が形成されている側縁部分Ｚよりも、固定部６ａ，６ｂに対向している側縁部分を引っ込んだ位置に形成している。このため、可動部８における光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部の形成部位Ｚが固定部７の突出部位１０の先端部分に接触した場合においても、固定部６ａ，６ｂと可動部８との間には間隙が形成され、固定部６ａ，６ｂと可動部８がショートしてしまうことを防止できる（図２（ｂ）参照）。
【００２１】
また、この実施形態例では、可動部８と固定部６ａ，６ｂ間に静電引力が発生していないときに、可動部８における光導波路Ｌ１，Ｌ２の先端部の形成部位Ｚと、固定部７の突出部位１０の先端部分との間隙が、約１μｍ〜数μｍ程度の範囲内の数値に設定されている。このため、可動部駆動手段は、可動部８をその約１μｍ〜数μｍ程度の長さ分を固定部７側に変位できればよく、大きな電圧印加を必要としない構成となっている。
【００２２】
この実施形態例の光スイッチ１は上記のように構成されている。以下に、この光スイッチ１における光信号の経路切り換え動作を簡単に説明する。例えば、可動部８と固定部６ａ，６ｂとの間に静電引力が発生しておらず、図２（ａ）に示すように、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とが空隙を介して離間しているときには、例えば光ファイバ１３ａから光導波路Ｌ１に入射した光信号は、その空隙と光導波路Ｌ１の端面との界面で反射する。そして、その反射した光信号は、光導波路Ｌ２に入り込んで光ファイバ１３ｂを通って出射する。同様に、光ファイバ１３ｃから光導波路Ｌ３に入射した光信号は、光導波路Ｌ３の端面と空隙との界面で反射して、光導波路Ｌ４を介して光ファイバ１３ｄから出射する。
【００２３】
また、可動部８と固定部６ａ，６ｂとの間の静電引力によって、図２（ｂ）に示すように、可動部８が固定部７側に変位して、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とが接触しているときには、可動部８側の光導波路Ｌ１と、この光導波路Ｌ１に対向する固定部７側の光導波路Ｌ４とが光接続する。また、同様に、可動部８側の光導波路Ｌ２と固定部７側の光導波路Ｌ３とが光接続する。このため、光ファイバ１３ａから光導波路Ｌ１に入射した光信号は、固定部７側の光導波路Ｌ４を介し光ファイバ１３ｄから出射する。また、光ファイバ１３ｃから固定部７側の光導波路Ｌ３に入射した光信号は、可動部８側の光導波路Ｌ２を介し光ファイバ１３ｂから出射する。
【００２４】
このように、この実施形態例の光スイッチ１は、可動部駆動手段による可動部８の変位制御によって、光信号の経路を切り換えることができる。
【００２５】
なお、この発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の形態を採り得る。例えば、この実施形態例では、固定部６ａ，６ｂをグランドに接地し、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）にはそれぞれ等電位の電圧を印加する例を示したが、反対に、固定部６ａ，６ｂにそれぞれ等電位の電圧を印加し、固定部５ａ，５ｂ，７（１０）をグランドに接地してもよい。
【００２６】
また、この実施形態例では、光ファイバ１３を配置する溝１２は、その断面形状が四角形状であったが、例えば溝１２をＶ溝に形成してもよい。さらに、この実施形態例では、可動部８と、固定部６ａ，６ｂとのショート防止のために、固定部６ａ，６ｂに対向する可動部８の側部の一部分を光導波路Ｌ１，Ｌ２先端部形成領域Ｚよりも引っ込めて形成していたが、例えば、そのように可動部８の側部を凸凹に形成するのではなく、固定部６ａ，６ｂの可動部８側の側面６ａα，６ｂαの形成位置を、突出部位１０の先端部よりも引っ込んだ位置として、可動部８と突出部位１０の先端部とが接触したときに固定部６ａ，６ｂと可動部８間に間隙を形成する構成としてもよい。
【００２７】
さらに、この実施形態例では、光導波路Ｌ１〜Ｌ４は直接的に光ファイバ１３に接続して光ファイバ１３に光結合する構成であったが、例えば、それら光導波路Ｌ１〜Ｌ４と、光ファイバ１３の端面との間に間隙を形成し、その間隙に光結合用のレンズ等を配置して、光導波路Ｌ１〜Ｌ４と光ファイバ１３とを光結合させる構成としてもよい。
【００２８】
さらに、この実施形態例では、基台２がガラスにより構成されている例を示したが、基台２は、ガラス以外の例えばシリコン等の材料により構成してもよい。また、固定部４〜７や可動部８や梁９を形成する材料として、シリコンを挙げたが、例えば、シリコン以外の半導体基板により、それら固定部４〜７や可動部８や梁９を形成してもよい。
【００２９】
さらに、この実施形態例では、可動部８と固定部７に挟まれる領域に、駆動用固定部としての固定部６ａ，６ｂを配置したが、例えば、図３に示されるように、可動部８よりも固定部４側に、駆動用固定部としての固定部１５を形成してもよい。この場合には、例えば、固定部１５と可動部８間の静電引力の発生により、可動部８は固定部７から離れる方向に変位する。このことから、例えば、固定部１５と可動部８間に静電引力を発生させていないときには、可動部８と固定部７が接触している状態として、光導波路Ｌ１，Ｌ４の端部同士、光導波路Ｌ２，Ｌ３の端部同士をそれぞれ光接続させる。また、固定部１５と可動部８間に静電引力を発生させたときには、その静電引力によって、可動部８を固定部７から離間させて、可動部８に形成されている光導波路Ｌ１，Ｌ２同士、固定部７側に形成されている光導波路Ｌ３，Ｌ４同士を光接続させる。
【００３０】
さらに、この実施形態例では、各光導波路Ｌ１〜Ｌ４は、それぞれ、直線状に形成されており、光導波路Ｌ１，Ｌ２全体が略Ｖ字形状を構成し、また同様に、光導波路Ｌ３，Ｌ４全体が略Ｖ字形状を構成していたが、光導波路Ｌ１，Ｌ２と、光導波路Ｌ３，Ｌ４とは、それぞれ、少なくとも先端部分が略Ｖ字形状となっていればよく、例えば、光導波路Ｌ１，Ｌ２の各光ファイバ側の部分が折り曲げられて当該光導波路Ｌ１，Ｌ２は間隔を介して平行となっている形状であるという如く、光導波路Ｌ１〜Ｌ４は適宜な形状を採り得るものである。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、基台に固定部を形成し、また、基台に対して浮いた状態の可動部を固定部に隣接させて設ける。さらに、それら固定部と可動部にはそれぞれ２本ずつ光導波路を形成し、４本の光導波路の端部部分は略Ｘ字形状と成す構成とし、可動部の変位による４本の光導波路の接続状態の差違を利用して光信号の経路切り換えを行う構成とした。基台上に設けられる固定部や可動部は例えばシリコン等の半導体基板を利用して形成することができるので、例えば固定部および可動部の構成材料を半導体基板とすることによって、その固定部および可動部は、光導波路と同様にＭＥＭＳ技術により作製することが可能となる。このＭＥＭＳ技術による加工精度は非常に高く、これにより、光スイッチの特性ばらつきを非常に小さく抑制することができる。
【００３２】
また、この発明では、可動部を固定部に対して遠近方向に変位させて４本の光導波路の接続状態を切り換える構成であり、その光導波路の接続状態の切り換えを行うために必要な可動部の変位量は少なくてよい。このため、可動部の変位に要する消費電力を非常に小さく抑制することができる。
【００３３】
また、可動部駆動手段が、静電引力を利用して可動部を変位させる構成を有するものにあっては、例えば、可動部に対向する駆動用固定部を前記光導波路形成領域の固定部と間隔を介して基台上に設けるだけで、その駆動用固定部と可動部間の静電引力を利用した可動部駆動手段を形成することができる。その駆動用固定部は、光導波路形成領域の固定部や可動部と同様にＭＥＭＳ技術により作製することができるので、精度良く形成することができる。
【００３４】
また、そのように、可動部駆動手段をもＭＥＭＳ技術により作製することが可能となることにより、光スイッチの製造工程の殆どがＭＥＭＳ技術の工程となる。このことから、例えば、従来例のような光導波路が形成されているポリマー導波路フィルムの下方側にフィルム駆動機構を取り付けるというようなＭＥＭＳ技術とは大きく異なる工法の工程が設けられる場合に比べて、製造工程の簡略化を図ることができる。
【００３５】
また、例えば光導波路を形成する固定部や可動部や、可動部駆動手段を構成する駆動用固定部を半導体基板により形成する構成とすることにより、次に示すような製造工程が可能となり、大量生産が可能である。その製造工程とは、例えば、まず、複数の光スイッチを構成することができる半導体基板を用意する。そして、その半導体基板における複数の光スイッチ形成領域をＭＥＭＳ技術を利用し同時に加工して、各光スイッチ形成領域に、それぞれ、光導波路形成領域の固定部や可動部や、駆動部駆動手段の固定部等を形成する。その後、その加工された半導体基板と、基台とを接続し、この半導体基板と基台の接続体を光スイッチ形成領域の境界線に沿って切断する。これにより、複数の光スイッチを同時に作製することができる。この発明の光スイッチは、このような製造工程を採用して作製することが可能であるので、大量生産できる。この生産性の向上に起因して光スイッチの価格を低下させることができる。したがって、性能が良い上に安価な光スイッチを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光スイッチの一実施形態例を説明するための図である。
【図２】実施形態例の光スイッチにおける光信号の経路切り換え動作を説明するための図である。
【図３】その他の実施形態例を説明するための図である。
【図４】光スイッチの従来例を説明するための図である。
【図５】従来例の光スイッチにおける光信号の経路切り換え動作を説明するための図である。
【符号の説明】
１　光スイッチ
２　基台
４，５，６，７　固定部
８　可動部
１３　光ファイバ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４　光導波路
【図１】
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【図２】
2004029227.tif 000004
【図３】
2004029227.tif 000005
【図４】
2004029227.tif 000006
【図５】
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