(57)【要約】【課題】開閉動作をより確実にでき、低電圧でかつ低消費電力であり、しかも製造が容易な光スイッチを提供する。【解決手段】光導波路が内部に形成された光導波路フィルムの一方の面に形成された切り込みを含み、切り込みを持ち上げるように光導波路フィルムを撓み変形させた状態と撓み変形を除いた状態とを切り換えることにより光導波路を開閉する開閉機構部を備えた光スイッチにおいて、切り込みの周辺部の撓み変形を可能にするために切り込み周辺部との間に空間が形成されるように、切り込み周辺部を除いて光導波路フィルムの一方の面に接合された基板を備え、切り込み周辺部に形成された導波路フィルム電極と、その導波路フィルム電極に空間を介して対向する基板電極の間の静電力によって光導波路フィルムを撓み変形させる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光導波路が内部に形成された光導波路フィルムと、少なくとも上記光導波路を切断するように上記光導波路フィルムの一方の面に形成された切り込みとを含み、該切り込みを持ち上げるように光導波路フィルムを撓み変形させた状態と撓み変形を除いた状態とを切り換えることにより上記光導波路を開閉する開閉機構部を備えた光スイッチにおいて、
上記切り込みの周辺部の撓み変形を可能にするために該切り込み周辺部との間に空間が形成されるように、上記切り込み周辺部を除いて上記光導波路フィルムの一方の面に接合された基板を備え、上記切り込み周辺部に形成された導波路フィルム電極と、その導波路フィルム電極に上記空間を介して対向するように上記基板に形成された基板電極との間の静電力によって上記光導波路フィルムを撓み変形させることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
複数の上記開閉機構部を備えた請求項１記載の光スイッチ。
【請求項３】
上記基板と上記切り込み周辺部との間の空間は、上記切り込み周辺部を撓み変形させたときに、その撓み変形された上記切り込み周辺部に沿うように上記基板に電極形成面が形成されることにより構成され、その電極形成面に上記基板電極が形成された請求項１又は２記載の光スイッチ。
【請求項４】
上記光導波路フィルムの上記切り込み周辺部に対向して開口部が形成されてなり、その開口部を除いて上記光導波路フィルムの他方の面に接合された支持基板と、
一端が上記支持基板に固定された梁部を介して上記支持基板と一体的に形成されてなり、上記開口部内における上記切り込み直下の位置に設けられたサブ切り込み部支えとをさらに有する請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の光スイッチ。
【請求項５】
上記基板は、上記電極形成面と連続した内周側面を有する貫通又は非貫通の孔を備え、該孔に上記切り込みの持ち上がり量を制限するための押えピンを設けた請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の光スイッチ。
【請求項６】
上記光導波路フィルムの上記切り込み周辺部に対向して開口部が形成されてなり、その開口部を除いて上記光導波路フィルムの他方の面に接合された支持基板と、
上記開口部内の上記切り込み直下に位置し、上記押えピンの先端部分と対向して上記光導波路フィルムの下方への変形を制限するメイン切り込み部支えと、
上記光導波路フィルムの他方の面と上記メイン切り込み部支えの間に位置し、一端が上記支持基板に固定された梁部を介して上記支持基板と一体的に形成されてなるサブ切り込み部支えとをさらに備えた請求項５記載の光スイッチ。
【請求項７】
上記押えピンは移動可能に上記孔内に保持され、その移動可能に保持された上記押えピンを下方に引きつける磁界発生手段をさらに備えた請求項６記載の光スイッチ。
【請求項８】
上記磁界発生手段による磁界を変化させることなく、上記基板電極と上記光導波路フィルム電極との間の電圧を変化させることにより、上記切り込み周辺の光導波路フィルムの撓み変形を制御した請求項７記載の光スイッチ。
【請求項９】
上記メイン切り込み部支えの下に上記磁界発生手段として磁石を設けた請求項７又は８記載の光スイッチ。
【請求項１０】
それぞれ上記磁石を有する上記開閉機構部を複数個有し、上記磁石がそれぞれプラスチックマグネットであって、隣接する開閉機構部間のプラスチックマグネット間が繋がっている請求項９記載の光スイッチ。
【請求項１１】
上記押えピンは着磁されて上記磁界発生手段を兼ねており、上記メイン切り込み部支えを磁性体とした請求項７又は８記載の光スイッチ。
【請求項１２】
上記メイン切り込み部支えを磁極ピンとした請求項７〜１０のうちの１つに記載の光スイッチ。
【請求項１３】
上記支持基板の下面に接合された第三基板をさらに備え、上記メイン切り込み部支えは該第三基板の上面に突起として形成されている請求項７〜１０のうちの１つに記載の光スイッチ。
【請求項１４】
上面に上記メイン切り込み部支えである突起が形成されてなり上記支持基板の下面に接合された第三基板をさらに備え、上記突起を着磁することにより該突起を磁界発生手段として機能させた請求項６〜８のうちの１つに記載の光スイッチ。
【請求項１５】
上記押えピンは、上記孔内に弾性体によって移動可能に設けられており、その弾性体の復元力によって、撓み変形した上記光導波路フィルムを押圧する請求項５又は６記載の光スイッチ。
【請求項１６】
上記支持基板の下面に接合された第三基板をさらに備え、上記メイン切り込み部支えは該第三基板の上面に突起として形成されている請求項１５記載の光スイッチ。
【請求項１７】
光導波路が内部に有し、その光導波路を切断するように一方の面に切り込みが形成された光導波路フィルムを備えた光スイッチの製造方法において、
支持基板の上面に、上記切り込みを支えるため第一領域の周りをリング状に除去することにより、上記第一領域を取り囲む窪みを形成することと、
上記第一領域と支持基板とを接続する梁部を形成するために、該梁部とする部分を除いて、上記窪みの底面をさらに所定の深さまでエッチングすることと、
上記エッチングされた窪みに埋め込み部材を埋め込むことによって上記支持基板の上面を平坦化することと、
上記平坦化された上記支持基板の上面に上記光導波路フィルムを形成することと、
上記第一領域上の上記導波路フィルムの上面に切れ目を入れることと、
上記支持基板の下面において上記窪みに対向する部分上記支持基板の下面からエッチングして開口部を形成することにより、上記梁部と上記第一領域が残るように上記窪みを貫通させることと、
上記埋め込み部材を除去することと、
上記開口部において、上記第一領域を介して上記切れ目が形成された導波路シートを持ち上げることにより、上記切れ目を拡大して上記切り込みとすることとを含むことを特徴とする光スイッチの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光スイッチ、特に、光通信、光情報処理等の分野における使用に適した光路切替手段としての光スイッチとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光導波路を横断するように設けられた切り込みの間隙を、接近および離隔させることによって光の進路を選択する光スイッチは例えば、特許文献１に開示されている（例えば、特許文献１の図７および図８参照。）。
より具体的には、特許文献１に開示された従来例の光スイッチでは、駆動手段を用いてフィルム状の光導波路フィルムの交差部を板材の厚み方向に変位させることによって、切り込みの間隙の状態を変え、光路の切替を行う。切り込みが開いている場合には、交差部に到達した光は切り込み部に生じた空気層によって、導波路と空気層との界面にて反射して進行方向を変えて伝播する。一方、切り込みが閉じている場合には、空気層がないために光は進行方向を変えることなく伝播する。この光スイッチにおいては、切り込み部の状態を変化させる駆動手段として、プッシュロッドを使用している。
【０００３】
また、非特許文献１には、上に示した導波路交差部に切り込みの入ったフィルム状の光導波路を備えた光スイッチにおいて、駆動手段としてピエゾアクチュエータを適用し得ることが示されている。  これらの先行例の光スイッチは、製造が容易で光損失が少なく大規模化に対応でき、切替異常や光路周辺の焼損の発生のないという利点がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開  ２００２−１７４７８４号公報
【非特許文献１】
ＯＦＣ  ２００２  （  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  ２００２  年  ３  月  １９  日）  ＴｕＣ２  （  Ｔ．Ｓａｉｔｏ，  Ｓ．Ｔａｂａｔａ，  Ａ．Ｓｕｇｉｔａｔｓｕ  ａｎｄ  Ｔ．Ｈａｔｔａ  ”Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｏｐｔｉｃａｌ  ｓｗｉｔｃｈ  ｕｓｉｎｇ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ”  ）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の光スイッチでは、多数のピエゾ素子やプッシュロッドを使用しているために、駆動電圧が高く消費電力が大きいという問題点があった。
また、上述した従来の光スイッチでは、駆動機構と光導波路部材とが別個に必要となり、多数のピエゾ素子やプッシュロッドと光導波路部材の位置調整が必要であるという問題点があった。
さらに、光導波路を横断するように切れ目を設ける加工を、フィルム状態で行う必要があるため、光導波路の交差部間隔がばらつき易い、光導波路フィルムが軟らかく、金属の押え板やピエゾ素子等からなる駆動手段と位置合わせに時間がかかる、複数の交差部を有する場合、各交差部の接近、離隔を独立に行うために応力開放切り込みが必要であるといった製造工程上の問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明は、開閉動作をより確実にでき、低電圧でかつ低消費電力であり、しかも製造が容易な（アセンブリの簡略化を図ることができる）光スイッチとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る光スイッチは、光導波路が内部に形成された光導波路フィルムと、少なくとも上記光導波路を切断するように上記光導波路フィルムの一方の面に形成された切り込みとを含み、該切り込みを持ち上げるように光導波路フィルムを撓み変形させた状態と撓み変形を除いた状態とを切り換えることにより上記光導波路を開閉する開閉機構部を備えた光スイッチにおいて、上記切り込みの周辺部の撓み変形を可能にするために該切り込み周辺部との間に空間が形成されるように、上記切り込み周辺部を除いて上記光導波路フィルムの一方の面に接合された基板を備え、上記切り込み周辺部に形成された導波路フィルム電極と、その導波路フィルム電極に上記空間を介して対向するように上記基板に形成された基板電極との間の静電力によって上記光導波路フィルムを撓み変形させることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の光スイッチは、図１等に示すように、支持基板である第一基板１と第二基板２の間に、撓み変形可能な、例えば高分子材料からなるフィルム状の光導波路フィルム３が配置されることにより構成されており、光導波路の交差部に設けられた切り込み３２を開閉させることによって伝送させる光導波路を切り換えることができる光スイッチである。
【０００９】
本実施の形態１では、導波路フィルム３には、互いに平行な２つの第１の光導波路３１ａと、それぞれ第１の光導波路３１ａに直交する互いに平行な２つの第２の光導波路３１ｂが形成されており、その４つの交差部にそれぞれ切り込み３２が形成されて後述の開閉機構部が構成されている。
【００１０】
すなわち、本実施の形態１の光スイッチは、切り込み３２を含んで構成された開閉機構部において、切り込み３２を持ち上げるように光導波路フィルム３を撓み変形させて切り込みの対向する切断面を開くと、図２に示すように、第１の光導波路３１ａを伝播してきた光は開かれた切断面によって反射されて第２の光導波路３１ｂを伝播するようになる。
また、開閉機構部において、光導波路フィルム３の撓みを除いて切り込み３２の対向する切断面を接近又は接触させると、図２に示すように、第１の光導波路３１ａを伝播してきた光は第１の光導波路３１ａをそのまま直進する。
以上のようにして、２つの入力ポートから入射された光を２つの出力ポートのいずれかに切り換えて出力することができる。
【００１１】
尚、図２は、切り込み３２の開閉状態がわかるように開閉機構部における第二基板２を取り除いて描いている。
また、本明細書において、光導波路の開放（オープン）状態とは、切断面が離れている状態であって、切断面間において光導波路のコアの部分が伝播する光の１／４波長以上離れていることをいう。
また、光導波路が閉じた状態とは切断面が接近又は接触している状態であって、切断面間において光導波路のコアの部分が伝播する光の１／４波長以下の距離まで近づいている状態をいう。
【００１２】
ここで、特に、本実施の形態１では、詳細後述するように、各開閉機構部において、磁極ピン１０３によって磁界の勾配を発生させて切り込み部押えピン１０２に磁気的引力を作用させた状態で、光導波路フィルム電極３５と基板電極２５の間に電圧を印加することにより静電力（引力）を働かせて光導波路フィルムの撓み変形を制御することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、光導波路フィルム電極３５と基板電極２５の間に電圧が印加されていないときには、図３に示すように、切り込み部押えピン１０２が磁極ピン１０３に引き寄せられて光導波路フィルム３が撓みの無い状態（切り込み３２の切断面が接近又は接触した状態）で磁極ピン１０３と切り込み部押えピン１０２とによって挟まれて保持される。これによって、光スイッチの閉じた状態が実現される。
このとき、切り込み部押えピン１０２によって導波路フィルムが切り込み３２の上から磁気的吸引力によって押さえられることによって、光導波路フィルム３を移動または変形させているので、より確実に切り込み３２における光導波路端面間距離を光の波長の１／４以下にすることができる。
【００１４】
また、光導波路フィルム電極３５と基板電極２５の間に電圧が印加されたときには、図４に示すように、切り込み部押えピン１０２が磁極ピン１０３に引き寄せられる磁気的引力以上の静電力によって、切り込み部３２を持ち上げるように光導波路フィルム３が撓み変形され切り込みの対向する２つの切断面が離隔する。これによって、光スイッチの開放状態が実現される。
すなわち、本実施の形態１では、光導波路フィルム電極３５と基板電極２５の間に印加される電圧は、切り込み部押えピン１０２が磁極ピン１０３に引き寄せられる磁気的引力以上の静電力が磁気的引力と反対方向に作用するように設定される。
【００１５】
尚、静電力を制御するための駆動回路との配線は図示していないが、種々の配線が可能である。例えば、光導波路フィルム電極３５は、その導波路フィルムの面上に配線を形成し、第二基板２で覆われていないところにパッドを形成して、駆動回路と接続することができる。また、第二基板２に形成した基板電極２５は、第二基板２に設けたスルーホールに導体を形成して第二基板上面の配線に接続して駆動回路と接続することができる。なお、切り込み部押えピン１０２を挿入する貫通孔２ａを配線用のスルーホールとして用いても良い。また、光導波路フィルム電極３５の配線も、別途設けた第二基板２に設けたスルーホールに導線を介して光導波路フィルム面上のパッドと電気的接続をとっても良いし、スルーホール側壁の導体を光導波路フィルム面上のパッドに接触させて電気的接続をとっても良い。
【００１６】
以下、本実施の形態１の光スイッチにおける構成要素について詳細に説明する。
（光導波路フィルム３の構成）
本実施の形態１において、光導波路フィルム３には、図２に示すように、互いに交わることのない２つ（又は２以上）の第１の光導波路３１ａと、互いに交わることのない２つ（又は２以上）の第２の光導波路３１ｂとが形成されており、第１の光導波路３１ａはそれぞれ２つの第２の光導波路３１ｂと交わっている（この交わっている部分を交差部という。）。
尚、本実施の形態１では、好ましい形態として、２つの第１の光導波路３１ａは互いに平行に形成されており、第２の光導波路３１ｂは互いに平行に形成され、第１の光導波路３１ａはそれぞれ２つの第２の光導波路３１ｂと直交している。すなわち、本実施の形態１では、光導波路３１を格子状に形成している（図２）。
【００１７】
また、第１と第２の光導波路３１ａ，３１ｂは、光導波路フィルム３の内部に光を導波させる方向に線状に埋め込まれたコアと、その周りのクラッド部により構成される。ここで、コアは言うまでもなく、光導波路フィルム３を構成する材料より屈折率の高い材料により構成されるものであり、クラッド部はコアより屈折率の小さい材料からなり、例えば、光導波路フィルム３を構成する材料そのものにより構成することができる。
尚、本明細書において、光導波路が交わるとは、それらを構成するコア部分が互いに交わっていることを意味する。
【００１８】
また、本実施の形態１の光導波路フィルム３において、第１の光導波路３１ａと第２の光導波路３１ｂの各交差部は、以下のように構成されている（図５）。
まず、交差部において、切り込み３２が、交差した第１の光導波路３１ａと第２の光導波路３１ｂとのなす角がほぼ同じになるような方向に形成される。
尚、好ましくは、交差部の中心軸（第１の光導波路３１ａと第２の光導波路３１ｂとが交差した中心）が切り込み３２の中心軸とほぼ一致するように、切り込み３２は形成される。
【００１９】
また、本発明における切り込み３２は、光導波路フィルム３を貫通するものではなく、第２の基板２に対向する上面から切り込みを入れた場合には、少なくともコア部分を超えて切り込まれるものではあるが下面側の一部は繋がっている（すなわち、光導波路フィルム３のある位置における厚み方向に注目したときに、ある部分では切れていて他の部分ではつながっている部分３７が残っている。）。  また、切り込みは光導波路を構成するコア部分を超えさらに、クラッド部分よりも深い位置まで切り込まれていることが好ましい。
【００２０】
また、光導波路フィルム３の表面（両面）に金属膜が設けられており、これにより駆動用の光導波路フィルム電極３５が構成される。
【００２１】
（第一基板１）
第一基板１は、後述するように、光導波路フィルム３を下面から支持するための支持基板であって、各開閉機構部においてそれぞれ開口部１ａが形成されている。そして、第一基板１はその開口部１ａを除いて光導波路フィルム３の下面と接合され、切り込み３２及びその周辺部分を除いて光導波路フィルム３が変形しないように支持している。
また、第一基板１の開口部１ａには光導波路フィルム３の切り込み３２が形成された部分を下から支える切り込み部支え１１ａが梁部１１ｂを介して第一基板１と一体的に設けられている。
本実施の形態１において、切り込み部支え１１ａは台形錐形状に形成されており、光導波路フィルム３が撓んでいないときに、切り込み部支え１１ａの上面が光導波路フィルム３の下面（切り込み３２直下の下面）に接するように光導波路フィルム３を支えている。
【００２２】
（第二基板２）
第二基板２は、各開閉機構部においてそれぞれ、導波路フィルム３の切り込み３２とその周辺部が撓み変形可能となるように、貫通孔２ａの開口部分が、導波路フィルム３を撓み変形させたときにその撓み変形に沿うような曲面とされている。そして、その曲面である電極形成面２ｂに光導波路フィルム電極３５に対向するように基板電極２５を有している。すなわち、その電極形成面２ｂは、切り込み３２に近づくほど光導波路フィルム３の上面に対する傾斜が大きくなるような曲面で構成されている。このように構成することにより、電極形成面２ｂは、光導波路フィルム３に撓みが無い状態では切り込み３２に近づくほど光導波路フィルム３の上面との間隔が大きくなるように、光導波路フィルムに撓わんだ状態では、その撓み変形された光導波路フィルム３に沿うようになっている。
このように、本実施の形態１では、導波路フィルム３の切り込み部周辺部と第二基板２との間に空間（切り込み部周辺部の撓み変形を可能にする空間）を形成するための電極形成面２ｂを上述したような曲面で構成しているので、基板電極導波路フィルム電極の間に効果的に静電吸引力を働かせることができ、より低電圧で駆動できる。
【００２３】
また、第二基板２に設けられた貫通孔２ａは、電極形成面２ｂと連続した内周側面を有しており、その貫通孔２ａに光導波路フィルム３の切り込み部分の持ち上がり量を制限するための押えピン１０２が移動可能に設けられる。
【００２４】
（押えピン１０２）
本実施の形態１において、押えピン１０２は、例えば、Ｆｅ又はＮｉ等の磁性体からなり、第二基板２の貫通孔２ａ内に光導波路フィルム３に対して垂直方向に移動可能に設けられており、以下のような２つの機能を有する。
第１に、押えピン１０２は、基板電極２５と光導波路フィルム電極３５の間に電圧が印加されていない状態（光導波路フィルム３を撓ませない状態）では、後述の磁極ピン１０３から生じる磁界による磁気的引力により光導波路フィルム３の切り込み３２の部分を下方に押圧して、確実に切り込み３２を閉じさせる（図３）。
第２に、押えピン１０２は、基板電極２５と光導波路フィルム電極３５の間に電圧が印加された状態（光導波路フィルム３を撓ませた状態）では、光導波路フィルム３が必要以上に撓まないように撓み量を制限する。すなわち、押えピン１０２の上方への移動範囲は、光導波路フィルム３の切り込み３２の部分が必要以上に持ち上がらないように制限されている。
【００２５】
（第三基板１００）
本実施の形態１において、第三基板１００は、光スイッチ全体を支持するベース基板であって、磁石１０４及び磁極ピン１０３が挿入される貫通孔１０１を有している。さらに、貫通孔１０１は、その軸が光導波路フィルム３を介して反対側に設けられた切り込み部押え１０２の軸と一致するように形成されており、かつ永久磁石１０４をとりつける貫通部１０１ｂと磁極ピン１０３を嵌め合わせる貫通部１０１ａとの間で径が異なっている。以上のように構成された第三基板１００は、第１基板１の下面に接着剤４２によって接合されている。
【００２６】
（磁極ピン１０３）
磁極ピン１０３は、一端が球面である円柱形状の磁性体からなり、その球面の先端部分が切り込み部支え１１ａの下面に接するように第三基板の貫通部１０１ｂに勘合されている。尚、磁極ピン１０３の側面には一部の径が大きくなるように加工されてストッパ１０３ａが形成され、軸方向に動かないように固定されている。ここで、ストッパ１０３ａは全周を取り囲むように形成されたフランジであってもよいし、ピンであっても良い。
【００２７】
このようにして、磁極ピン１０３は、第三基板１００に強固に固定されており、光導波路フィルム３の切り込み３２の周辺部が下方に撓まないように、しっかりと支える（光導波路フィルムの撓み変形可能な部分の下方への変形を制限する）メイン切り込み部支えとして機能する。
尚、本明細書において、第一基板と一体で形成された切り込み部支え１１ａは、メイン切り込み部支えと区別するためにサブ切り込み部支えともいう。
【００２８】
また、磁極ピン１０３の他端は平坦な面であり、貫通部１０１ｂを突き抜けて貫通部１０１ａに設けられた永久磁石１０４と接している。これにより、磁極ピン１０３の球面からなる一端部に磁極が形成され、この磁極から生じる磁界によって移動可能に設けられた押えピン１０２に磁気吸引力が作用する。
【００２９】
（磁石１０４）
本実施の形態１において、磁石１０４は、例えば、永久磁石からなり、押えピン１０２に磁気吸引力を作用させる原動力となる。尚、本実施の形態１において、磁石１０４は、消費電力を少なくするために永久磁石により構成することが好ましいが、電磁石により構成してもよい。
【００３０】
以上のように構成された実施の形態１の光スイッチは、上記磁極ピン１０３による磁界を変化させることなく押えピン１０２に磁気吸引力を作用させつつ、基板電極２５と光導波路フィルム電極３５の間の電圧を変化させることにより、切り込み３２周辺の光導波路フィルム３の撓み変形を制御することができる。
【００３１】
＜製造方法＞
以下、図面を参照しながら、本実施の形態１の光スイッチの製造方法について説明する。
（１）第一基板１加工プロセス（図５，６）
両面に熱酸化膜１ｂ，１ｃを形成したシリコンからなる第一基板１を準備する（図５（ａ））。
次に、切り込み下支え１１ａの台形錐形状を加工するために、第一基板１の上面において、台形錐形状の周りの熱酸化膜１ｂをリング状に除去して、リング状に開口させたシリコン基板を所定の深さまでエッチングする（図５（ｂ））。これにより、切り込み支え１１ａを形成する領域を残し、その領域の周りにリング状の窪みが形成される。
尚、本明細書において、リング状とは円形のもののみを示すものではなく、矩形の環でもよく、要するに切り込み支え１１ａを取り囲むように形成した窪みをいう。
【００３２】
次に、切り込み下支え１１ａと第一基板１とを繋ぐ梁部１１ｂの形状加工をするために、リング状にエッチングされた窪みの底面において、梁部１１ｂとして残す部分にレジストを形成し、該底面のレジストが形成されていないシリコンをさらに、梁部１１ｂの厚さに相当する深さまでＩＣＰ（誘導結合プラズマ）−ＲＩＥエッチングする（図５（ｃ））。
尚、この際、異方性エッチングにより形成されたリング形状の内周傾斜面及び外周傾斜面にもレジストを形成し、窪みの底面のみをエッチングする。
【００３３】
次に、第一基板１の上面のレジスト及び熱酸化膜１ｂを全て除去した後、レジスト５１でリング状に形成されたエッチング部を平坦化する（図５（ｄ））。
そして、第一基板１の上面に光導波路フィルム３を形成する（図５（ｅ））。
具体的には、例えば、フッ素化ポリイミドからなる光導波路のクラッド材料をスピンコート等により形成した上に、例えば、フッ素化ポリイミドからなるコア材料をスピンコート等により例えば、５μｍの厚さに形成する。ここで、コア材料は、クラッド材料より屈折率を高くする必要があるが、同じフッ素化ポリイミドを用いて構成した場合であっても、分子構造を変えることにより屈折率を変えることができる。
そして、そのコア材料膜を光導波路に対応するパターンにパターニングした後、ふたたびクラッド材料をスピンコート等によりパターニングされたコアを覆うように形成する。
尚、図５（ｅ）では、クラッド材料とコア材料とを区別することなく、光導波路フィルム３全体を示しているが、上述のように光導波路フィルム３の内部にはパターンニングされたコア部が形成されている。
【００３４】
次に、光導波路フィルム３の上に光導波路フィルム電極３５を成膜して（図５（ｅ））、パターンニングする。
このように、光導波路をクラッド材／コア材／クラッド材をスピンコートと硬化熱処理により作製するが、この時、下地（シリコン基板表面）との密着力を高めるための処理や表面保護処理を行ってもよい。
【００３５】
そして、光導波路フィルム電極３５の上に基板電極２５との短絡・放電を防止するの保護膜を形成する（図示せず）。
そして、第１と第２の光導波路の交差部に切れ目を鋭利な刃物で所定の深さに形成する。
【００３６】
次に、第一基板１の下面の熱酸化膜１ｃのうちの上面に形成されたエッチング部に対向する部分を除去して、開口されたシリコンを下面から異方性エッチングすることにより、梁部１１ｂのみが残るようにシリコンを除去する（図６（ａ））。そして、平坦化に用いたレジスト５１を剥離液等で除去する。このようにして、切り込み下支え１１ａと梁部１１ｂとからなり、第一基板１と一体的に構成された片持ち梁構造１１が作製される（図６（ｂ））。
この際、切り込み下支えと光導波路フィルムの接触面は分離したほうが望ましい。
【００３７】
次に、光導波路フィルム３の切り込み拡大加工を、各開閉機構部に対応してそれぞれ半球状突起１１０ａを有する第四基板１１０を用いて行う。ここでは、第四基板１１０は、射出成形により作製した。
具体的には、切り込み部支え１１ａを作製する際に形成した各開口部１ａに、第四基板１１０の半球状突起１１０ａをそれぞれ、その中心が切り込みの中心の直下に位置するように位置決めして光導波路フィルム３を所定の高さまで押し上げることで、予め光導波路フィルム表面に作製しておいた切れ目からフィルムの切断を起こさせて切れ目を拡大する。このようにして、４つの開閉機構部の切り込み３２を一括して拡大する。
尚、第四基板１１０の作製方法は射出成形に限定されるものではなく、また、光導波路フィルムを押し上げるための突起は半球形状に限られるものではなく、例えば、直方体でも良いし、台形錐形状などでもよい。
切り込み３２を拡大した後、第四基板１１０を分離する。
【００３８】
以上のようにして、切り込み部支え１１ａを含む片持ち梁部構造１１が一体的に形成された第一基板１上に、光導波路フィルム電極３５を備えた光導波路フィルム３が形成される。
尚、本実施の形態１において、梁部１１ｂを１つとして片持ち梁構造としたが、本発明はこれに限られるものではなく、図１４に示すように、両持ち構造としてもよいし、弾性を有する膜を用いてメンブレン構造（図示していない）としても良い。
【００３９】
ここで、本実施の形態１では、第四基板を第一基板１に重ね合わすことで光導波路交差部の切れ目の拡大を一括して加工したが、より多くの開閉機構部を有する光スイッチの場合には、交差部をいくつかのグループに分割して加工しても良いし、第四の基板を使用せず一箇所ずつピンで押し上げることで切り込みを拡大加工するようにしてもよい。
また、本発明では、光導波路フィルムにおける光導波路の機能を損なわない範囲で、光導波路フィルム膜厚を薄くしたり、スリットや切り欠きを設けて光導波路フィルムの厚み方向の剛性を減じることより低電圧で光導波路の反射に必要な交差部の切り込みの離隔を行うことができ、駆動電圧を低減できる。
【００４０】
（２）第二基板２の作製（図８）：
上述したように、第二基板２は、光導波路フィルム３の切り込み３２の上方に貫通孔２ａを有し、その貫通孔２ａの光導波路フィルム３に対向する開口部分が切り込み３２に近づくほど光導波路フィルム３の上面に対する傾斜が大きくなるような曲面（電極形成面２ｂ）で構成されている（図８（ａ））。
本実施の形態１では、かかる形状の第二基板２を比較的作製が容易で大量生産が可能に、樹脂の射出成型により作製する。
尚、本実施の形態１では、開口部近傍の電極形成面２ｂは曲面としたが、本発明はこれに限られるものではなく、階段形状でも良いし、傾斜した平面でもよい。また、曲面は球面であってもよいし、多項式で表される曲面であってもよい。
【００４１】
上述の第二基板を作製した後、電極形成面２ｂに基板電極２５を形成し（図８（ｂ））、その上に必要に応じて、光導波路フィルム電極と接近した時の短絡・放電を防止するのに保護膜を形成する。
尚、本実施の形態１では、第二基板２を射出成型で作製したが、本発明はこれに限られるものではなく、シリコン基板にシリコンの異方性エッチングとシリコンの深堀加工とを組み合わせて、上述の形状の開口部を持つ基板を作製しても良い。
【００４２】
（３）第三基板１００の作製：
本実施の形態１において、第三基板１００は、それぞれ磁極ピン１０３と磁石１０４が挿入される貫通部１０１ａと貫通部１０１ｂからなり側面が２段になっている貫通孔１０１を有している。
本実施の形態１では、かかる形状の第三基板１００を射出成型で作製する。
【００４３】
以上のように作製した第三基板１００の貫通部１０１ｂに磁極ピン１０３をストッパ１０３ａで止まるまで上から挿入し、貫通部１０１ｂに磁石１０４を下から挿入する。この際、磁極ピン１０３と磁石１０４とは磁気的に結合させる。
尚、本発明において、磁極ピン１０３の球面の先端部分の垂直方向の位置は、高い精度を確保することが重要であり、本実施の形態１ではストッパー１０３ａを精度良く形成することにより、上記位置精度を確保している。
また、本実施の形態１では、磁極ピン１０３と磁石１０４を別体で構成したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、磁化した磁極ピンを用いるなどにより、磁石１０４を省略しても良いし、磁極ピン１０３と磁石１０４とを一体として磁石により構成してもよい。
また、第三基板１００もシリコンウェハを用いシリコン深堀加工で貫通孔を形成するようにしても良い。
【００４４】
（４）第一、第二、第三基板のアセンブル：
本アッセンブル工程では、まず、第一基板１と第三基板１００とを、磁極ピン１０３と切り込み部支え１１ａの中心軸が一致するように位置合わせをしてＵＶ硬化型接着剤４２により接合する。この時、第三基板１００に設けられた磁極ピン１０３が、切り込み部支え１１ａの下面に接触もしくは微小隙間を残して接近するようにする。すなわち、切り込み下支え１１ａの位置は、磁極ピン１０３の球面先端部により規定することになる。
また、第一基板１と第三基板１００との接合は、好ましくは、ＵＶ硬化型接着剤を用いるが、光導波路フィルムが劣化しない温度範囲で使用できる熱硬化型接着剤を用いてもよい。また、シリコン等で作製した第三基板１００を用いる場合も同様上記接着剤で接合することができる。
【００４５】
次に、接合した第一基板１上に形成された光導波路フィルム３の上面に第二基板２を、切り込み部支え１１ａの中心軸と第二基板２の貫通孔の中心軸が一致するように位置合わせをしてＵＶ硬化型接着剤４１により接合する。
ここで、接合にＵＶ硬化型接着剤４１を用いることが好ましいが、光導波路フィルムが劣化しない温度範囲で使用できる熱硬化型接着剤を用いてもよい。また、シリコンで作製した第二基板を用いる場合も同様、上記接着剤で接合することができる。
【００４６】
なお、本実施の形態１では、基板間をより確実に接合するために、各基板に接着用貫通穴を適宜配置してある（図示していない）。
また、第一、二、三基板の接合に接着剤を用いたが、瞬間接着材で仮止めし、別途用意した治具（図示していない）により、機械的で挟み込んで固定しても良い。
【００４７】
最後に、第二基板２の貫通孔２ａに、磁性体でできた切り込み部押えピン１０２を挿入する。切り込み部押えピン１０２の材質は軟磁性体でも、第三基板１００に固定された磁石１０４と磁極ピン１０３からなる磁気回路との間に引力が作用する向きに磁化された磁性体でも、成型した永久磁石でも、軟磁性体と上記磁極の向きとなる磁石とを組み合わせたものでもよい。
【００４８】
以上の実施の形態１の光スイッチは、光導波路フィルムの一方（下側）に磁極を設け、導波路フィルムの挟んでもう一方（上側）の可動部品である切り込み部押えピン１０２とによって磁気回路を構成するようにしているので、上述の製造方法において、磁気的引力により、固定した一方の部材（磁極ピン）を基準に、自動的に自己位置調整させることができ、位置調整が容易である。
また、本実施の形態１では、上記磁気回路の可動部品である切り込み部押えピン１０２を、軟磁性体で構成することで、より効果的に、磁気的引力により、固定した磁極ピンを基準に、自動的に自己位置調整させることができる。
【００４９】
以上の実施の形態１の光スイッチでは、光導波路フィルムの接近・離隔動作（切り込み３２の開閉動作）に、静電力と磁気力を併用したことで、簡単な構造で安価に駆動機構を構成することができる。
また、光導波路フィルムの接近・離隔動作に、静電力と磁気力を併用したことで、離隔している状態より接近させている状態で強い磁気力を発生させ、一方、接近させている状態より離隔している状態で強い静電力を発生させることによりより安定して、光導波路の切り込みの接近、離隔を行うことができる。
【００５０】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、４つの交差部を有する光導波路を用いた例について説明したが、本発明は、更に多くの交差部がマトリクス状に配列された光スイッチに適用できる。
本実施の形態２の光スイッチは、多くの交差部（開閉機構部）がマトリクス状に配列された光スイッチに適用した場合により効率的に製造できる構造を提供するものである。
【００５１】
具体的には、本実施の形態２の光スイッチは、実施の形態１の光スイッチにおいて、磁石１０４に代えて，プラスチックマグネットからなる磁石２０４（図１０にその平面図を示す）を用いた以外は、実施の形態１の光スイッチと同様に構成される。実施の形態２において、プラスチックマグネットは、シート成型品から不要部分を打ち抜くことで個々の磁石２０４に分離することなく、各交差部に対応する位置関係を保ったまま一括で加工できる。
【００５２】
以上のように、互いに分離されることなく、各交差部に対応して配列された磁石２０４を用いて構成した実施の形態２の光スイッチは、磁石のアッセンブル工程を簡略化できる。
すなわち、実施の形態１のように個々に分離された磁石１０４をそれぞれ各交差部に組み込もうとした場合、狭い空間に永久磁石を配列することになって、磁石同士が反発したり吸引したりするために、アセンブルするのに手間がかかる。しかしながら、本実施の形態２のプラスチックマグネット２０４を用いると、各交差部に対応する位置関係を保ったまま一括で加工されているので、一括して各交差部直下に組み込むことができる。
【００５３】
また、本実施の形態２では、磁石２０４を成形シートから一括して加工できるので低コストで加工でき、かつ部品点数を削減できるので、さらに低コスト化が可能である。
【００５４】
尚、本実施の形態２のブラスチックマグネットは、形状加工後に着磁してもよいし、形状加工前に着磁してもよい。
また、本実施の形態２において、隣接する磁石２０４を繋ぐ接続部分２０４ａは、着磁の必要がない部分であって、配列された複数の磁石２０４が交差部に対応する位置関係を保つことができればよい。従って、接続部分２０４ａは、配列された複数の磁石２０４の位置関係を保つことが可能な範囲で狭くすることが好ましい。
【００５５】
実施の形態２の変形例．
本発明ではさらに、実施の形態２の光スイッチにおいて、磁石２０４の磁力が大きい場合（すなわち、第三基板１０３を間に挟んだ状態で十分切り込み部押えピンを引きつけることが可能な場合）には、図１１に示すように、磁極ピン１０３と第三基板１００に代えて、半球状の突起部２０１が形成された第三基板２００を用いて構成してもよい。
尚、実施の形態１の光スイッチにおいて、磁極ピン１０３と第三基板１００に代えて、図１１に示す半球状の突起部２０１が形成された第三基板２００を用いて構成してもよいことはいうまでもない。
【００５６】
また、図１１の光スイッチにおいてさらに、磁石２０４を除いて、第三基板２００そのものをプラスチックマグネットにより構成してもよい。
この場合、ガラスやシリコンや非磁性の金属板等で半球状の突起部２０１を補強すれば、より変形しにくくなり経時的なプラスチックマグネットの変形が抑制でき信頼性が向上させることができる。
【００５７】
実施の形態３．
本実施の形態３の光スイッチは、実施の形態１の光スイッチにおいて、切り込み部押えピン１０２に代えて着磁された切り込み部押えピン３０２を用い、第三基板１００、磁石１０４及び磁極ピン１０３に代えて、磁性体からなり球形の突起部３０１を有する第三基板３００を用いた以外は、実施の形態１の光スイッチと同様に構成される。
【００５８】
すなわち、実施の形態１では、磁石１０４によって発生された磁界により切り込み部押えピン１０２を引きつけるのに対して、実施の形態３の光スイッチでは切り込み部押えピン３０２は自ら発生した磁界によって固定された突起３０１に引きつけられる。
【００５９】
この実施の形態３の光スイッチにおいて、第三基板３００は軟磁性体とすることが好ましく、半球状突起３０１は削りだし等により第三基板３００と一体で形成することができる。また、ピンと穴明き平板とで組立てても良いし、押し出し等の材質に応じた各種加工法で作製することができる。
【００６０】
以上のように構成された実施の形態３の光スイッチは、第二の基板に形成された貫通孔２ａを、起磁力を有する部品の位置決めに使用することにより、第三基板１００を用いた場合には必要であった磁石１０４等の位置決めを不要にでき、構造も簡素化でき低コスト化が可能になる。
【００６１】
実施の形態４．
本発明に係る実施の形態４の光スイッチは、実施の形態１の光スイッチと以下の部分が異なり、磁気的引力に代えて弾性体の復元力によって光導波路フィルムを下方に押圧している。
（１）第１に、実施の形態１の光スイッチにおける、切り込み部押えピン１０２に代えて、弾性体４０４とその一端に取り付けられた押えピン４０２を用いている。
ここで、弾性体の他端は、第５基板４０５の孔４０５ａの底面にとり付けられ、光導波路フィルム３の切り込み部を上方から下方に押圧している。尚、孔４０５ａは、例えば、第二基板の貫通孔２ａと同じ径に形成され、孔４０５ａと貫通孔２ａとが同軸になるように位置合わせされて第二基板２の上面に第５基板４０５が接合されている。
【００６２】
（２）第２に、実施の形態１の第三基板１００、磁石１０４及び磁極ピン１０３に代えて、球形の突起部４０１を有する第三基板４００を用いている。
実施の形態４の光スイッチにおいて、上記（１）（２）以外は実施の形態１の光スイッチと同様に構成される。
【００６３】
尚、図１３では、弾性体４０４としてコイルばねを示したが、本発明はコイルバネに限られるものではなく、板ばねでよいし、さらには、光導波路フィルム３を上方から押圧できる復元力を有するものであればよい。
【００６４】
以上のように構成された実施の形態４の光スイッチでは、バイアス的に作用するこの弾性体４０４による復元力に抗して、光導波路フィルムに設けた光導波路フィルム電極３５と、第二基板２に設けた基板電極２５間に電位を印加し、実施の形態１等と同様に絶縁体を介して静電力を働かせることにより、光導波路の離隔（切り込み３２の切断面の開閉）を行うこともできる。
以上のように構成された実施の形態４の光スイッチは、実施の形態１〜３と同様に、安定した光スイッチの開閉動作が可能である。
【００６５】
本実施の形態４の光スイッチにおいて、第五基板４０５は、ガラス基板でも、樹脂成型品でも良い。本実施の形態４では、弾性体４０４をとりつけるために孔４０５ａを設けているが、その深さは第二基板２を接合後、光導波路交差部の切れ目に所定の荷重を印加できるように設定される。また、孔４０５ａの深さは、組立後に調整できるように可変構造とすることが好ましい。
【００６６】
以上のように構成した実施の形態４の光スイッチは、実施の形態１〜３の光スイッチとは異なり、磁気力を用いていないので、例えば、外部の磁界が強い環境でも、外部磁界の影響を受けることなく安定したスイッチの開閉動作が可能である。
【００６７】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１〜４の光スイッチにおいては、静電力で光スイッチの開閉を制御しているので、圧電素子等を用いた従来の光スイッチに比較してより低電圧で駆動でき、かつ消費電力を小さくでき、しかも小型にできる。
【００６８】
以上説明したように、本発明に係る実施の形態１〜４の光スイッチは、静電力と、磁気力又は弾性体の復元力とを併用することにより、で光スイッチの開閉を制御しているので、圧電素子等を用いた従来の光スイッチに比較してより構造を簡単にでき、安価に製造できる。
【００６９】
また、本発明に係る実施の形態１〜４の光スイッチは、スイッチを閉じた状態において、メイン切り込み部支え及びサブ切り込み部支えによって導波路フィルムの下面を支えつつ、切り込み部の上面を磁気力又は弾性体の復元力によって押圧しているので、より確実に切り込みにおける光導波路端部を互いに接近させることができ、確実にスイッチを閉じることができる。
【００７０】
以上の実施の形態１の光スイッチの製造方法では、支持基板に導波路フィルムが固定された状態で切れ目を入れ、切れ目とその周辺部直下のみを支持基板から切り離した状態で切れ目を拡大することにより切り込みを形成しているので、精度よくかつ複数の開閉機構部がある場合には、一括して切り込みを形成することができる。
【００７１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光スイッチによれば、開閉動作をより確実にでき、低電圧でかつ低消費電力であり、しかも製造が容易な光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施の形態１の光スイッチにおける開閉機構部の構成を示す断面図である。
【図２】実施の形態１の光スイッチの全体構成を示す斜視図である。
【図３】実施の形態１の光スイッチにおける開閉機構部において、光導波路を閉じたときの様子を示す断面図である。
【図４】実施の形態１の光スイッチにおける開閉機構部において、光導波路を開いたときの様子を示す断面図である。
【図５】実施の形態１の光スイッチの製造方法において、支持基板に関係した加工の流れを示す断面図である（その１）。
【図６】実施の形態１の光スイッチの製造方法において、支持基板に関係した加工の流れを示す断面図である（その２）。
【図７】実施の形態１において、支持基板と一体で形成されたサブ切り込み部支えの斜視図である。
【図８】（ａ）は、実施の形態１の第二基板の断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す断面図においてさらに基板電極を形成した断面図である。
【図９】実施の形態１の製造方法における第三基板に関係したアッセンブリの様子を示す模式図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態２の光スイッチにおけるプラスチックマグネットからなる磁石の平面図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態２の変形例である光スイッチの開閉機構部の断面図である。
【図１２】本発明に係る実施の形態３の光スイッチにおける開閉機構部の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明に係る実施の形態４の光スイッチにおける開閉機構部の構成を示す断面図である。
【図１４】図７のサブ切り込み部支えの変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
１  第一基板（支持基板）、１ａ  開口部、２  第二基板、２ａ  貫通孔、２ｂ電極形成面、３  光導波路フィルム、１１  片持ち梁構造、１１ａ  切り込み部支え（サブ切り込み部支え）、２５  基板電極、３１  光導波路、３１ａ  第１の光導波路、３１ｂ  第２の光導波路、３２  切り込み、３５  導波路フィルム電極、１００，２００，３００，４００  第三基板、１０１  貫通孔、１０１ａ，１０１ｂ  貫通部、１０２  押えピン、１０３  磁極ピン、１０４，２０４磁石、１１０  第四基板。２０１，３０１  突起部。
【図１】
2004233497.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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