(57)【要約】【課題】光導波路コアに備えるスリットと挿入板との位置関係およびスリット内での挿入板の挿入位置の判別が容易な光ビーム切替調整装置を提供すること。【解決手段】コア支持基板１１２のスリット１０２を含む領域と、挿入板駆動機構支持基板１１４の挿入板１０３を備える領域とが顕微鏡観察に用いられる波長の光を透過するように構成し、観察光をこれらの領域の一方から入射させその透過光を他方の領域から出射させてスリット内での挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を行うこととした。また、挿入板に少なくとも１つの凹凸部（深さ検出用マーカ１１６）を設けてその凹凸部を顕微鏡観察の焦点合わせの基準として用いることとした。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路に設けられたスリット内に挿入板を抜差しすることにより前記光導波路中を伝搬する光ビームの光路切替もしくは光ビームの透過光量を調整するための光ビーム切替調整装置であって、
前記光導波路と前記スリットとは第１の基板上に設けられ、
前記挿入板は第２の基板上に設けられた挿入板駆動手段に保持されて設けられており、
前記第１と第２の基板は前記挿入板が前記スリット内に抜差し可能なように配置され、
前記第１の基板の前記スリットを含む第１の領域と、前記第２の基板の前記挿入板を備える第２の領域とが所定の波長の光を透過可能に構成されており、
当該所定の波長の光を、前記第１の領域または前記第２の領域の一方から入射させその透過光を前記第２の領域または前記第１の領域の一方から出射させて、前記スリット内での前記挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としたことを特徴とする光ビーム切替調整装置。
【請求項２】
光導波路に設けられたスリット内に挿入板を抜差しすることにより前記光導波路中を伝搬する光ビームの光路切替もしくは光ビームの透過光量を調整するための光ビーム切替調整装置であって、
前記光導波路と前記スリットとは第１の基板上に設けられ、
前記挿入板は第２の基板上に設けられた挿入板駆動手段に保持されて設けられており、
前記第１と第２の基板は前記挿入板が前記スリット内に抜差し可能なように配置され、
前記第１の基板の前記スリットを含む第１の領域または前記第２の基板の前記挿入板を備える第２の領域のいずれか一方が所定の波長の光を透過可能に構成されており、
当該所定の波長の光を、前記第１の領域または前記第２の領域の一方から入射させ、その反射光を前記第１の領域または前記第２の領域から出射させて、前記スリット内での前記挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としたことを特徴とする光ビーム切替調整装置。
【請求項３】
前記挿入板に少なくとも１つの凹凸部を備え、
当該凹凸部を前記顕微鏡観察の焦点合わせ基準とすることにより前記スリット内での前記挿入板の挿入深さ観察を可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載の光ビーム切替調整装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビーム切替調整装置に関し、より詳細には、光導波路コアに備えるスリットと挿入板との位置関係およびスリット内での挿入板の挿入位置の判別が容易な光ビーム切替調整装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムには、光路変換用の光スイッチが必要とされ、最近では特に、複数の入出力間で光路切替を行なうためのマトリクス光スイッチが重要となってきている。このようなマトリクス光スイッチを実現するために、光路間にＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いた微小ミラーを配置し、この微小ミラーを、光路中に備えるスリット内に出し入れすることで光ビームの光路変換や透過量調整を行うための光ビーム切替調整装置が知られている。
【０００３】
図３は、ＭＥＭＳ技術を用いた従来の光ビーム切替調整装置の構成例を説明するための図で、図３（ａ）は、この光ビーム切替調整装置の平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。
【０００４】
図３（ａ）に示すように、この光ビーム切替調整装置は、コア支持基板３０１上に第１〜３の光導波路コア３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃを備え、これらの光導波路コアが入射側光ファイバ３０８または透過側光ファイバ３０９に接続されるとともに、光導波路コアの交差部には互いに交差する光導波路を横断するようにスリット３０３が設けられている。
【０００５】
また、図３（ａ）中に点線で示したコア支持基板３０１の上面領域には、図３（ｂ）に示すように挿入板支持基板３０４が配置され、この挿入板支持基板３０４に備えられた挿入板３０５が電気配線３０６された挿入板駆動機構３０７によって駆動する構造となっている。
【０００６】
挿入板３０５はスリット３０３の上部に対向して配置されており、挿入板３０５が挿入板駆動機構３０７によって上下に駆動してスリット３０３内に抜差しが行われ、これにより入射側光ファイバ３０８の光ファイバコア部３１０からスリット３０３内に入射してきた光ビームの光路を切り替えることによるスイッチング動作や透過光量の調整による減衰動作を可能としている。
【０００７】
すなわち、挿入板３０５がスリット３０３内に挿入された状態では、第１の光導波路コア３０２ａからスリット３０３へと入射してきた光ビームは挿入板３０５によって反射されて第２の光導波路コア３０２ｂの端面に結合する一方、挿入板３０５がスリット３０３から引き出された状態では、第１の光導波路３０２ａからスリット３０３へ入射した光ビームはそのまま対向する第３の光導波路コア３０２ｃの端面に結合することで光ビームの光路の切替が行われてスイッチング動作が実現する。
【０００８】
また、スリット３０３内での挿入板３０５の挿入位置（挿入深さ）を調整すれば、その挿入位置に応じて第１の光導波路コア３０２ａからスリット３０３内に入射した光ビームの一部が遮蔽され残りの光ビーム成分を透過させて第３の光導波路コア３０２ｃの端面に結合させることで透過光強度の減衰動作が実現する。
【０００９】
なお、挿入板３０５の駆動には、例えば、ストレス誘導カーリングにより予め反り状態にある挿入板駆動機構３０６をその一端部が挿入板支持基板３０４に固定され他端部が自由端となる片持ち梁の構造とし、この片持ち梁に電流を供給してコア支持基板３０１との間で静電気力を発生させる方法（例えば、特許文献１参照）などが知られている。
【００１０】
ところで、このような光ビーム調整装置においては、光導波路コアに形成したスリットと挿入板との相対的な位置関係を、挿入板を反射板として機能させる際に反射損失が最低となるように定める必要がある。また、反射光の損失を小さくするためには、挿入板のスリットに対する位置を１μｍ以内の精度で合わせることが好ましい。さらに、光ビームの減衰量を調節する場合には、挿入板が挿入板駆動機構によって円滑に駆動されることが条件となる。
【００１１】
このような光ビーム調整装置における挿入板とスリットとの精度の高い位置合わせ状態観察のためには、これらの相対位置と挿入板のスリット内での挿入深さとを外部から正確にモニタすることが重要である。
【００１２】
【特許文献１】
米国特許第６，１９５，４７８号明細書
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
挿入板とスリットとの間の相対位置関係をコア支持基板と挿入板支持基板の接着後にモニタするためには光学的手法による顕微鏡観察が用いられ、シリコン基板を用いて構成された装置の場合には赤外線顕微鏡を用い、ガラス基板を用いた場合には可視光光源を備える一般的な光学顕微鏡を用いて観察する方法が一般的である。
【００１４】
しかしながら、挿入板支持基板には挿入板駆動機構が取付けられていることに加え、挿入板駆動機構の動作のための配線も設けられていることから、このような構成要素の存在が挿入板とスリットとの間の相対位置観察の大きな支障となるという問題がある。
【００１５】
また、観察対象であるスリットの幅と挿入板の大きさによっては、顕微鏡観察の際の観察倍率が大きくなってしまい被写界深度が浅くなってスリット内での挿入板の挿入位置を判別することが困難となるという問題もある。
【００１６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、光導波路コアに備えるスリットと挿入板との位置関係およびスリット内での挿入板の挿入位置の判別が容易な光ビーム切替調整装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光導波路に設けられたスリット内に挿入板を抜差しすることにより前記光導波路中を伝搬する光ビームの光路切替もしくは光ビームの透過光量を調整するための光ビーム切替調整装置であって、前記光導波路と前記スリットとは第１の基板上に設けられ、前記挿入板は第２の基板上に設けられた挿入板駆動手段に保持されて設けられており、前記第１と第２の基板は前記挿入板が前記スリット内に抜差し可能なように配置され、前記第１の基板の前記スリットを含む第１の領域と、前記第２の基板の前記挿入板を備える第２の領域とが所定の波長の光を透過可能に構成されており、当該所定の波長の光を、前記第１の領域または前記第２の領域の一方から入射させその透過光を前記第２の領域または前記第１の領域の一方から出射させて、前記スリット内での前記挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としたことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明は、光導波路に設けられたスリット内に挿入板を抜差しすることにより前記光導波路中を伝搬する光ビームの光路切替もしくは光ビームの透過光量を調整するための光ビーム切替調整装置であって、前記光導波路と前記スリットとは第１の基板上に設けられ、前記挿入板は第２の基板上に設けられた挿入板駆動手段に保持されて設けられており、前記第１と第２の基板は前記挿入板が前記スリット内に抜差し可能なように配置され、前記第１の基板の前記スリットを含む第１の領域または前記第２の基板の前記挿入板を備える第２の領域のいずれか一方が所定の波長の光を透過可能に構成されており、当該所定の波長の光を、前記第１の領域または前記第２の領域の一方から入射させ、その反射光を前記第１の領域または前記第２の領域から出射させて、前記スリット内での前記挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としたことを特徴とする。
【００１９】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の光ビーム切替調整装置において、前記挿入板に少なくとも１つの凹凸部を備え、当該凹凸部を前記顕微鏡観察の焦点合わせ基準とすることにより前記スリット内での前記挿入板の挿入深さ観察を可能としたことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の光ビーム切替調整装置の構成例を説明するための図で、図１（ａ）はこの装置の平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。
【００２２】
図１（ａ）に示すように、この光ビーム切替調整装置は、コア支持基板１１２上に第１および第２の光導波路コア１０１（１０１ａおよび１０１ｂ）を備え、第１の光導波路コア１０１ａの端部が入射側光ファイバ１０５または透過側光ファイバ１０６に接続され、第２の光導波路コア１０１ｂの一端が反射側光ファイバ１０７に接続されている。また、光導波路コアの交差部には光導波路を横断するようにスリット１０２が設けられている。なお、図１（ａ）において、挿入板駆動機構収容部１１３と挿入板駆動機構支持基板１１４は省略されている。
【００２３】
また、図１（ｂ）に示すように、コア支持基板１１２の上面領域には、挿入板駆動機構収容部１１３を介して挿入板駆動機構支持基板１１４が配置され、挿入板１０３（１０３ａおよび１０３ｂ）は、この挿入板駆動機構支持基板１１４に支持された挿入板駆動機構１１１によって支持されている。挿入板駆動機構支持基板１１４には、コア支持基板１１２の側面部に設けられた配線端子１０９に接続された挿入板駆動用配線１１０が施されており、スリット１０２の上部に対向して配置されている挿入板１０３が、電磁力あるいは静電力によって動作する挿入板駆動機構１１１により上下に駆動してスリット１０２内での抜差しが行われ、光ファイバコア部１０８から入射してきた光ビームの光路を切り替えることによるスイッチング動作や透過光量の調整による減衰動作を可能としている。
【００２４】
すなわち、図１（ａ）に示すように、例えば、挿入板１０３ｂがスリット１０２ｂから抜き出された状態では、入射側光ファイバ１０５に結合した第１の光導波路コア１０１ａからスリット１０２ｂへと入射してきた入射光ビーム１０４ａはそのまま対向する光導波路コア１０１ａの端面に結合して透過光ビーム１０４ｃとなる一方、挿入板１０３ａがスリット１０２ａ内に挿入された状態では、入射光ビーム１０４ａは挿入板１０３ａによって反射されて反射光ビーム１０４ｂとなり光導波路コア１０１ｂの端面に結合して光ビームの光路の切替が行われてスイッチング動作が実現する。なお、スリット１０２内での挿入板１０３の挿入位置（挿入深さ）を調整して透過光強度の減衰動作を実現させることも可能である。
【００２５】
通常、光ビーム切替装置では挿入板駆動用配線は金属配線とされ、この金属配線がスリット内での挿入板の挿入位置（挿入深さ）の顕微鏡観察の支障となる。特に、金属配線がスリットと挿入板の近傍に配置されている場合には観察が極めて困難となる。このため本発明の光ビーム切替装置では、挿入板１０３近傍ではなく挿入板１０３の周囲に挿入板駆動用配線１１０を配置することとしてスリット１０２と挿入板１０３とのコア保持基板１１２面に平行な平面内での面内位置関係の観察が容易となるように工夫されている。
【００２６】
すなわち、図１（ａ）に示すように、挿入板駆動用配線１１０はスリット１０２と挿入板１０３の位置を避けて配線されており、通常の観察方向であるコア支持基板１１２表面の法線方向からスリット１０２と挿入板１０３との面内位置関係を観察する際の支障とならないように工夫されている。さらに、この光ビーム切替調整装置では、コア支持基板１１２表面の法線方向からの観察を可能とするために、図１（ｂ）中に示したスリット１０２と挿入板１０３とを含む領域１１５が顕微鏡観察に用いられる光を透過する材質で形成されるとともに、その領域１１５の形状も観察光を遮蔽しない形状とされている。
【００２７】
図１に示した装置の構成は、観察光をコア支持基板１１２および挿入板駆動機構支持基板１１４を透過させて観察する場合の構成例であるが、コア支持基板１１２側から光を入射させてその反射像から位置観察する装置の場合には、コア支持基板１１２のスリット１０２を含む領域が観察光に対して透明な材質および形状を採用すればよい。また、挿入板駆動機構支持基板１１４側から光を入射してその反射光を観察する場合には、挿入板駆動機構支持基板１１４の挿入板１０３近傍領域を観察光に対して透明な構成とすればよい。
【００２８】
本発明の光ビーム切替調整装置の製造プロセスの概略は以下のとおりである。
【００２９】
光ビーム切替調整装置においては、入射光ビームに対する透過光ビームおよび反射光ビームのスリット内での光損失を極めて小さく抑える必要がある。スリット内での光損失を例えば０．５ｄＢ程度以下とするためには、スリット幅を１０μｍ以内とするのが好ましため、本発明の光ビーム切替調整装置においても、１０μｍ以内の幅をもつ光導波路コアおよびスリットを形成する場合には、シリコン基板上に石英を堆積させた後に石英をエッチングする、いわゆる「ＰＬＣ（プレーナライトウェイブサーキット）」技術を採用する。なお、本発明の光ビーム切替調整装置のコア支持基板としてはシリコン基板の他、ガラス基板等であってもよい。
【００３０】
本発明の光ビーム切替調整装置を、挿入板のスリット内での位置を制御して透過光ビーム強度を変化させる可変減衰装置としてのみ用いる場合には、上述した機能のうちスイッチング動作機能をもたせる必要はない。この場合には、図１に示したような互いに交差する光導波路コアの形成は不要となり、光導波路コアの形成にＰＬＣ技術を用いる必要もなくなる。その場合には、Ｖ溝等を設けることによって光ファイバの位置指定が可能なガラス基板を用い、これに接着固定した光ファイバにスリットを形成することして、光ファイバコア部を光導波路コア、ガラス基板をコア支持基板とすることとしてもよい。
【００３１】
一方、挿入板はＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板上に形成され、このシリコン基板を挿入板駆動機構支持基板とし、予め設けた合わせマーク等によりスリットと挿入板との面内位置関係を最適化して接着して光ビーム切替装置として完成する。また、接着が完了する前に挿入板とスリットとの位置合わせ状態を微調整する場合も、外部からモニタできる本発明は有効である。
【００３２】
上述した本発明の光ビーム切替装置で採用した構成の効果を確認するために、光導波路コアと挿入板の各々をシリコン基板であるコア支持基板および挿入板駆動機構支持基板上に形成し、さらに、挿入板とスリットの近傍への配線を回避するパターンで挿入板駆動機構支持基板上にアルミニウムの挿入板駆動用配線を形成して光ビーム切替調整装置を作製した。この光ビーム切替調整装置のコア支持基板側から赤外線を透過させ、その透過光を挿入板駆動機構支持基板側から赤外線顕微鏡で観察した結果、挿入板駆動用配線等によって赤外線が遮蔽されることなく挿入板とスリットとの面内位置関係が明瞭に観察された。
【００３３】
また、挿入板駆動機構支持基板側から赤外線を入射させてその反射像を観察した場合およびコア支持基板側から赤外線を入射させてその反射像をコア支持基板側から観察した場合にも、挿入板とスリットとの面内位置関係が明瞭に観察された。
【００３４】
さらに、ガラス基板をコア支持基板とし、この上に光ファイバコア部の光導波路コアを形成した可変減衰装置においては、コア支持基板側から挿入板とスリットとの面内位置関係が明瞭に観察された。
【００３５】
これまで説明してきた位置観察は、挿入板とスリットとのコア支持基板面に平行な平面内での相対的位置に関するものであるが、このような平面観察の場合には、顕微鏡の焦点を挿入板に合わせることができたとしても顕微鏡の倍率が高いところで被写界深度が浅いためにスリット内での挿入板の深さ方向の位置が不明となることが普通であり、スリット内での挿入板の深さ方向の位置が分りにくい。平面内での位置関係情報に加えて挿入板のスリット内での深さ方向での位置情報をも同時に得るためには、本発明の光ビーム切替調整装置の挿入板に深さ検出用マーカ（目印）を備えることが有効であり、このマーカに顕微鏡の焦点を合わせることによって挿入板の深さ位置が観察可能となる。
【００３６】
図２は、挿入板１０３の適当な位置に突起状の深さ検出用マーカ１１６を備える構成とした本発明の光ビーム切替装置のスリット１０２および挿入板１０３近傍の様子を説明するための図で、この図に示した挿入板１０３には左右３つずつ計６つの深さ検出用マーカ１１６が設けられている。なお、この図では深さ検出用マーカ１１６を挿入板１０３に設ける構成としたが、挿入板１０３と光導波路コア１０１の両方にマーカを形成する構成としてもよい。その構成を採用すると、挿入板１０３とスリット１０２との深さ方向位置での関係がより観察しやすくなるだけではなく、挿入板１０３の延在方向と位置観察の方向とを一致させるように観察条件を設定することによりマーカ同士の重なり具合からスリット１０２内での挿入板１０３の傾きの程度を求めることが可能となる。さらに、マーカの形状は突起に限らず窪み等の凹凸部（変局部分）であればよく、そのようなマーカが挿入板１０３に少なくとも１つ設けられていればよい。
【００３７】
さらに、挿入板１０３の先端部分に、深さ検出用マーカの突起部を例えば１１６ａのように取り付けると、これは、接着後にコア支持基板１１２側からスリット１０２と挿入板１０３の位置関係を観察するのに好都合であり、接着の微調整にも有効である。
【００３８】
このようなマーカを設けることの効果を確認するため、図２に示した突起をマーカとする構成の光ビーム切替調整装置を用いて、挿入板１０３のスリット１０２内への挿入状況を観察した。その結果、コア１０１の深さを基準として突起の位置を顕微鏡の深さ目盛りで読みとったところ、３μｍ以内に挿入板１０３の位置を検出することができた。また、突起同士が重なって観察される場合には、観察方向の挿入板の傾きは殆どないことも確認された。さらに、突起同士が重なって観察されない場合には、各突起の水平方向で位置のずれと挿入板作製時の突起間距離とから挿入板の傾きを計算により求めることが可能であった。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の光ビーム切替調整装置では、コア支持基板のスリットを含む領域と、挿入板駆動機構支持基板の挿入板を備える領域とが顕微鏡観察に用いられる波長の光を透過するように構成し、観察光をこれらの領域の一方から入射させその透過光を他方の領域から出射させてスリット内での挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としている。
【００４０】
また、本発明の光ビーム切替調整装置では、コア支持基板のスリットを含む領域または挿入板駆動機構支持基板の挿入板を備える領域のいずれか一方を顕微鏡観察に用いられる波長の光を透過するように構成し、観察光をその透過領域から入射させその反射光でスリット内での挿入板の挿入位置の顕微鏡観察を可能としている。
【００４１】
さらに、本発明の光ビーム切替調整装置では、挿入板に少なくとも１つの凹凸部を設けてその凹凸部を顕微鏡観察の焦点合わせ基準としている。
【００４２】
これにより、光導波路コアに備えるスリットと挿入板との位置関係およびスリット内での挿入板の挿入位置の判別が容易な光ビーム切替調整装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光ビーム切替調整装置の構成例を説明するための図で、（ａ）はこの装置の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。
【図２】挿入板に深さ検出用マーカを備える構成とした本発明の光ビーム切替調整装置のスリットおよび挿入板近傍の様子を説明するための図である。
【図３】ＭＥＭＳ技術を用いた従来の光ビーム切替調整装置の構成例を説明するための図で、（ａ）はこの光ビーム切替調整装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´における断面図である。
【符号の説明】
１０１、３０２ａ、３０２ｂ、３０２ｃ　光導波路コア
１０１ａ　第１の光導波路コア
１０１ｂ　第２の光導波路コア
１０２、３０３　スリット
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、３０５　挿入板
１０４ａ　入射光ビーム
１０４ｃ　透過光ビーム
１０４ｂ　反射光ビーム
１０５、３０８　入射側光ファイバ
１０６、３０９　透過側光ファイバ
１０７　反射側光ファイバ
１０８、３１０　光ファイバコア部
１０９　配線端子
１１０　挿入板駆動用配線
１１１、３０７　挿入板駆動機構
１１２、３０１　コア支持基板
１１３　挿入板駆動機構収容部
１１４　挿入板駆動機構支持基板
１１５　領域
１１６、１１６ａ　深さ検出用マーカ
３０４　挿入板支持基板
３０６　電気配線
【図１】
2004118086.tif 000003
【図２】
2004118086.tif 000004
【図３】
2004118086.tif 000005