(57)【要約】【課題】隣接するコリメータレンズ付き光ファイバの横方向と上下方向の間隔を高精度に配列することができ、しかも障害時や仕様変更によるコリメータレンズ付き光ファイバの交換を可能にすることができる。【解決手段】複数本のコリメータレンズ付き光ファイバ９を搭載したシリコン基板４を複数枚支持し、これらのコリメータレンズ付き光ファイバ９を二次元に配列するように、隣接するシリコン基板４の間に空間を設け、同一の基板配列部材１８によって少なくともシリコン基板４の二ヵ所をシリコン基板表面４ａで支持すること、フレーム１はシリコン基板４のコリメータレンズ付き光ファイバ９が搭載される表面４ａあるいはその表面４ａに隣接する側面を支持していること、シリコン基板４はフレーム１に備えた開口溝６によって支持すること、シリコン基板４は板バネ７によって位置決め支持されていることで解決できる。【選択図】図１
2004191606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイからの光が照射されるミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーを経た前記光が照射される第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備えたことを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイと光学的に連絡するミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーと光学的に連絡する第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する開口部を複数を備えた支持部材と、
前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
第一の光ファイバを備えた第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイと光学的に連絡するミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーと光学的に連絡する第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記第一の光ファイバアレイは、前記第一の光ファイバを含む複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備え、
前記支持部材は開口部を有し、前記基板は前記開口部で支持され、
前記基板の第一の主面と、前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との間に前記基板を押圧する第一の押圧部材を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項３の光スイッチにおいて、前記基板の第一の主面の反対側に位置する第二の主面と、前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域との間に前記押圧部材を非設置とすることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
第一の光ファイバを備えた第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイと光学的に連絡するミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーと光学的に連絡する第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記第一の光ファイバアレイは、前記第一の光ファイバを含む複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備え、
前記支持部材は開口部を有し、前記基板は前記開口部で支持され、
前記基板の第一の主面は、前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域と弾性体を介して配置され、前記基板の第一の主面の反対側に位置する第二の主面は、前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域と隣接して配置されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項３の光スイッチにおいて、前記第二の主面に前記光ファイバを搭載したことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項３の光スイッチにおいて、前記押圧部材は、前記基板を２ヶ所以上の押圧する領域が形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイと光学的に連絡するミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーと光学的に連絡する第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
一体の領域に前記基板を複数備える支持部と前記ミラーを支持する支持部とを備える支持部材を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
請求項８の光スイッチにおいて、第一の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離より、第二の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離が大きくなるよう配置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】
請求項１において、前記基板の前記光ファイバを搭載する面に隣接する面を押圧する押圧部材を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】
請求項１において、前記支持部材は、第一の支持部を備えた第一のフレーム部と第二の支持部を備える第二のフレーム部と前記第一のフレーム部と前記第二のフレーム部が支持されるベース部とを備え、前記基板は、前記第一のフレーム部と前記第二のフレーム部との間の領域に前記基板が配置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１２】
複数の光ファイバを備える光ファイバアレイであって、
複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する支持部を複数を備えた支持部材と、
前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記支持部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記支持部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光ファイバアレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光スイッチに関し、多数の光ファイバを伝送する光信号の接続を切り替える光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコリメータレンズ付き光ファイバアレイは、特開平６−２１４１３８号公報に開示されているように、光ファイバの端部にフェルールを装着し、これらフェルールを、互いに隣合うフェルールの外周が軸方向に沿って接触するように積み重ねて二次元に整列したものが記載されている。最外周に位置する全てのフェルールの外周は、硬質平板に接触するように保持され、これによって二次元に整列したフェルール全体を保持している。隣合うフェルールの間及び硬質平板との間には接着材を充填し固定している。フェルールは光ファイバとロッドレンズを一体化した構造となっており、これによりコリメータレンズ付き光ファイバを構成している。
【特許文献１】
特開平６−２１４１３８号公報（発明の実施の形態の説明他）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術で示した特開平６−２１４１３８号公報には以下のような問題がある。まず一つは、フェルールを積み重ねて二次元の配列にする場合である。すなわち、隣合うフェルールの外周が接触するようにフェルールを積み重ね、かつ最外周に位置する全てのフェルールの外周を平板に接触させるためには、全てのフェルールの外径が同一であること、あるいは外径のばらつきを相殺するように配置することが条件となる。外径が同一のフェルールを多数本準備することは、外径測定の検査を一本毎に行い選別する必要があることから、検査の手間が増え、部品単価が増加することになる。外径のばらつきを把握して凹凸を相殺するように配置することは、外径寸法の検査を一本毎に行い選別することに加え、配置の組合せを考えて組立てることになるので、新たに作業効率及び製作能率を悪化させる問題が加わる。一方、フェルールの外径ばらつきによる凸凹を抑制できない場合には、隣合うフェルールの間にすき間が生じることになる。この場合、フェルールが傾いて固定されることになるので、出射光に角度ずれが生じ結合損失が増加する問題が生じる。
【０００４】
もう一つは、フェルールあるいはコリメータレンズの損傷及び欠陥にともなう部品交換の問題がある。すなわち、全てのフェルールを積み重ねて接着剤で充填し固定する構造であるため、製品検査の時点で一本のフェルールに何らかの損傷及び欠陥が見つかった場合に、そのフェルールのみを交換して再生することができない。つまり、最終検査での不具合は、生産に与える影響が大きく、生産効率を悪化させることになる。
【０００５】
さらに、もう一つの問題として、外径が同一のフェルールを積み重ねて二次元に配列するため、隣合うフェルールの間隔（横間隔と上下間隔）が同じになってしまう。すなわち、横方向と上下方向を異なる間隔で配列することが困難であり、二次元配列で構成する光ファイバアレイの設計に制約条件が加わることになる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は上記の課題のうち少なくとも１つを解決する光スイッチを提供するものである。例えば、隣接する光ファイバを、横方向と上下方向とで異なる間隔で高精度に配置する、或いは障害時や仕様変更による光ファイバの交換を容易にできる光ファイバアレイを提供することある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の構成によって解決に貢献することができる。
【０００８】
第一の光ファイバアレイと、前記第一の光ファイバアレイからの光が照射されるミラーと、第二の光ファイバを備え、前記ミラーを経た前記光が照射される第二の光ファイバアレイと、を備えた光スイッチであって、前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、前記基板を複数備えた支持部材と、を備えたものである。
【０００９】
例えば、前記光スイッチであって、前記第一の光ファイバアレイは、複数の光ファイバを搭載した基板と、
前記基板を支持する開口部を複数を備えた支持部材と、前記基板の第一の主面と前記第一の主面に対向する前記開口部の第一の領域との距離は、前記第一の主面の反対側の第二の主面と前記第二の主面に対向する前記開口部の第二の領域との距離よりも大きくなるよう支持されていることを特徴とする光スイッチである。なお、前記開口部とは、貫通孔のような形態だけでなく、底部を有する形態（凹断面を有する溝等）を含むものである。そして、前記基板の一方の主面と支持部材との間に第一の押圧部材を有する。また、他方側に第一の押圧部材を非設置とすることが好ましい。
【００１０】
また、第一の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離より、第二の前記基板に搭載された光ファイバ端から前記ミラーまでの距離が大きくなるよう配置されることが好ましい。
【００１１】
また、コリメータレンズ付き光ファイバと、前記コリメータレンズ付き光ファイバを複数本搭載した基板部材と、前記基板部材を複数枚積層し、コリメータレンズ付き光ファイバを二次元配置したコリメータレンズ付き光ファイバアレイを備えた形態であることが好ましい。その際の、前記複数枚の基板部材は、隣接する基板部材の間に空間を有し、かつ共通の同一支持部材によって少なくとも前記基板部材の二ヵ所を面で支持し積層する。
【００１２】
または、前記共通の同一支持部材は前記基板部材のコリメータレンズ付き光ファイバが搭載される面あるいはその面に隣接する側面を支持していることが好ましい。
【００１３】
または、前記基板部材は、前記共通の同一支持部材に備えた梁部、溝部、突部のいずれかの支持部によって支持されている構成をとることが好ましい。
【００１４】
または、前記基板部材は、前記共通の同一支持部材に備えた弾性部材によって位置決め支持されていることが好ましい。
【００１５】
または、前記基板部材はシリコンウェハから構成され、フォトリソグラフィと異法性エッチングによって形成された溝部に前記コリメータレンズ付き光ファイバが搭載されていることが好ましい。
【００１６】
これにより、基板部材にコリメータレンズ付き光ファイバを一次元に配列し、これらの基板部材を共通の同一支持部材によって積層し二次元に配列することで横方向と上下方向を異なった任意の間隔で配列することが可能で、二次元配列で構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイの設計の自由度を大幅に拡大することができる。また、隣接するコリメータレンズ付き光ファイバの間隔は、横方向の間隔については、基板部材の溝をフォトリソグラフィと異法性エッチングによって高精度の間隔で形成できるため、これらの溝に倣わせて搭載するコリメータレンズ付き光ファイバも高精度の間隔で配列できる。上下方向の間隔については、共通の同一支持部材の支持部を高精度の間隔で加工することで、基板部材を介してコリメータレンズ付き光ファイバを高精度の間隔で配列できる。つまり、横方向は基板部材に形成する溝の間隔で、上下方向は基板部材を支持する共通の同一支持部材の支持部間隔で決定することができ、コリメータレンズ付き光ファイバを高精度に配置することができる。また、基板部材の溝にコリメータレンズ付き光ファイバを倣わせて搭載するため、コリメータレンズ付き光ファイバを傾きなく精度良く位置決めすることができる。これにより、出射光の角度ずれによる結合損失の増加のないコリメータレンズ付き光ファイバアレイを構成することができる。また、基板部材を共通の同一支持部材に弾性部材によって位置決め支持することで基板部材の取り外しを可能とし、コリメータレンズ付き光ファイバの損傷及び欠陥により交換を基板単位で行うことができる。これにより、基板部材に搭載するコリメータレンズ付き光ファイバの本数、及びこれら基板部材の枚数が多くなっても、基板単位での交換が可能であるため、製品の最終検査で不具合が見つかっても再生することが可能となり、生産効率を悪化させることがない。さらに、基板部材単位毎にコリメータレンズ付き光ファイバの仕様を変更したコリメータレンズ付き光ファイバアレイを構成することもでき、拡張性を持った製品を提供することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１から図１０により説明する。なお、各図においては、煩雑を避けるために一部の部品の図示を適宜省略している。
【００１８】
なお、本発明は、本発明の発明の実施形態欄に記載した形態、及び他の発明の詳細な説明の欄に記載された形態に限定されるのではなく、公知技術に基いた変更を妨げるものではない。
【００１９】
図１に本発明を適用した実施例のコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００の構造を表す斜視図を、図２にコリメータレンズ付き光ファイバ９を搭載したシリコン基板４の構造を表す斜視図を、図３及び図４に図１のコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００の構造を表す正面図と側面図を、図５から図７にシリコン基板４の支持構造を表す斜視図を、図８から図１０にコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００とミラーデバイス１０を組み合せた光マトリクススイッチの構造を表す斜視図と側面図を示す。
【００２０】
図１において、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００は、コリメータレンズ２と光ファイバ３とからなるコリメータレンズ付き光ファイバ９と、このコリメータレンズ付き光ファイバ９を搭載するシリコン基板４と、このシリコン基板４を支持する基板配列部材１８とで構成しており、コリメータレンズ付き光ファイバ９を二次元に配列したものである。
【００２１】
複数本のコリメータレンズ付き光ファイバ９を搭載したシリコン基板４を複数枚支持したものである。また、これらのコリメータレンズ付き光ファイバ９を二次元に配列するように、隣接するシリコン基板４の間に空間を設け、同一の基板配列部材１８によって少なくともシリコン基板４の二ヵ所をシリコン基板表面４ａで支持する。また、フレーム１はシリコン基板４のコリメータレンズ付き光ファイバ９が搭載される表面４ａあるいはその表面４ａに隣接する側面を支持している。シリコン基板４はシリコンウェハから構成され、フォトリソグラフィと異法性エッチングによって形成された溝５にコリメータレンズ付き光ファイバ９が搭載されている。
【００２２】
基板配列部材１８は、底面からなるベース１７と側壁からなるフレーム１で構成した略箱型形状で、コリメータレンズ２からレーザ光が出射する前方方向と、光ファイバ３が取り出される後方方向を開口した形状である。フレーム１にはシリコン基板４を支持するように開口溝６と梁６ａを交互に形成している。それぞれのシリコン基板４の間はすき間が生じた状態である。シリコン基板４を開口溝６に挿入し支持する部分の詳細は、図５に示すように、開口溝６を複数本形成することで梁６ａを形成する。シリコン基板４の表面４ａはこの梁６ａの下面に押し付けられて支持される。基板配列部材１８の外形寸法は、高さ３４ｍｍ、横幅３３ｍｍ、奥行２４ｍｍ、フレーム１厚さ３ｍｍ、開口溝６の高さ１．６ｍｍである。
【００２３】
基板配列部材１８の加工は０．１ｍｍ径のワイヤを使った放電加工で行った。加工条件は、加工送り速度  ０．２１ｍｍ／ｍｉｎ、ワイヤ送り速度３ｍｍ／ｓｅｃ、電圧１２０Ｖ、パルス周波数３ｐｐｓである。ワイヤ材質は真鍮である。基板配列部材１８の材質はＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金である。上記の加工条件により、開口溝６と開口溝６の間隔（図３中のＢ）は０．００５ｍｍ以下の加工精度となっている。
【００２４】
図２に、コリメータレンズ付き光ファイバ９を搭載したシリコン基板４を示す。コリメータレンズ２は石英材質で構成しており、光ファイバ３と融着接続（図示せず）によって一体化している。レンズ２と光ファイバ３の融着接続部は接着剤（図示せず）で補強している。レンズ２の外径はφ１．２５ｍｍ、長さは４．３ｍｍで、レーザ光の出射端であるレンズ２先端には曲率加工（図示せず）と反射防止コート膜（図示せず）を施している。コリメータレンズ２の特性は、結合損失０．５ｄＢ、コリメート有効距離は１８０ｍｍ、リターンロスは−５５ｄＢ以下、レンズ２中心軸に対する出射レーザ光の傾きは０．３度以下である。
【００２５】
シリコン基板４は、シリコンウェハ材料で構成しており、コリメータレンズ２を搭載する傾斜溝を有する溝５をフォトリソグラフィと異方性エッチングによって形成している。溝５は略Ｖ字型であり、溝５の幅は１．２４８ｍｍ、深さは０．４７ｍｍ、溝５の傾斜角度は約５４．７゜である。溝５にφ１．２５ｍｍのコリメータレンズ２を搭載したときのレンズ２中心位置は、シリコン基板表面４ａから０．２ｍｍ高い位置である。レンズ２の中心位置ばらつきは、溝５の幅精度で決まり、ここでは０．００３ｍｍ以下である。隣合う溝５の間隔は、フォトリソグラフィと異方性エッチングの加工によって高精度にでき、溝５の間隔ばらつきは０．００２ｍｍ以下である。シリコン基板４の寸法は、長さ１５ｍｍ、幅３２ｍｍ、厚さ１．５ｍｍで、表裏及び溝内に熱酸化膜を１．５μｍ施している。溝５へのコリメータレンズ２の固定は、熱硬化併用型の紫外線硬化接着剤（図示せず）で行う。紫外線の照射条件は、照度２０００ｍＪ／ｃｍ２、時間２０秒で、本硬化のための加熱処理は１２０℃、６０分である。
【００２６】
溝５へのコリメータレンズ付き光ファイバ９の接着手順は、まずシリコン基板４を、真空吸着を備えた支持部材（図示せず）で動かないように保持し、溝５の斜面に紫外線硬化接着剤をディスペンサで少量づつ塗布する。塗布する部分は、シリコン基板４の端面から４ｍｍ程度（レンズ２の長さと同程度）の領域である。溝５の斜面に接着剤を塗布した後、コリメータレンズ２を溝５に設置し、押圧部材（図示せず）を使ってレンズ２を溝５に押し付ける。レンズ２を押し付ける荷重は２Ｎ程度である。溝５へのレンズ２設置位置は、レンズ２先端がシリコン基板４端面からわずかに飛び出る位置であり、これによりレンズ２先端に接着剤が回り込むことを防いでいる。この状態（溝５にレンズ２を押し付けた状態）で紫外線を照射する。紫外線を所定時間照射した後、押し付け荷重を解放し、次に光ファイバ３を、レンズ２を接着した側と反対側の溝５内に紫外線硬化接着剤で接着する。光ファイバ３の接着は外部から加わる突発的な引張り力がレンズ２に直接加わらないようにするためである。この手順を繰り返して複数本のコリメータレンズ付き光ファイバ９を溝５に接着固定する。図２の場合は７本のコリメータレンズ付き光ファイバ９を接着固定する。全てのコリメータレンズ付き光ファイバ９を溝５に接着した後、シリコン基板４を真空吸着の支持部材から取り外して加熱処理を行う。１２０℃、６０分の加熱処理を行ってシリコン基板４へのコリメータレンズ付き光ファイバ９の接着固定を完了する。これにより、一次元配列のコリメータレンズ付き光ファイバアレイが完成する。
【００２７】
図３は、シリコン基板４を基板配列部材１８のフレーム１に設置し、コリメータレンズ付き光ファイバ９を７列４段に二次元配列したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００の構造である。シリコン基板４には７本のコリメータレンズ付き光ファイバ９を等間隔に搭載している。これらのシリコン基板４をフレーム１の開口溝６にそれぞれ設置し、開口溝６内に設置した板バネ７によって下側から押し上げて、シリコン基板４の表面４ａを開口溝６の上面に押し付けて位置決めしている。一方（図中左側）のフレーム１には、平板状のストッパ板１４を取り付けており、他方（図中右側）のフレーム１にはスプリングピン１５を備えた平板状のピン支持部材１６を取り付けている。シリコン基板４はスプリングピン１５によってストッパ板１４側へ押し付けられて位置決めする。ストッパ板１４側のシリコン基板４端からこの端に一番近いレンズ２までの距離Ａは、シリコンウェハを分割する際のダイシングカットによって高精度に加工しており、基板４毎の差を０．０１ｍｍ以下としている。つまり、二次元配列したコリメータレンズ２の上下の横方向位置ずれ量は、ダイシングカット精度で決定され、その精度は０．０１ｍｍ以下である。図中のレンズ２間隔Ｐは１．９５ｍｍ、上下方向のレンズ２間隔Ｓは２．９ｍｍである。上下方向のレンズ２間隔Ｓは、フレーム１に形成している開口溝６の間隔Ｂでほぼ決まり、加工精度０．００５ｍｍのばらつきである。シリコン基板４を押し付けるスプリングピン１５の押圧荷重は０．２〜１Ｎの範囲内である。ストッパ板１４及ピン支持部材１６の材質は、基板配列部材１８の材質と同じＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金で、フレーム１への取付けはＭ２のネジ（図示せず）で行っている。
【００２８】
ここで、二次元配列したコリメータレンズ２の横間隔Ｐと上下間隔Ｓのばらつきを見積ると、横間隔は、溝５間ばらつき量０．００２ｍｍとダイシングカット精度０．０１ｍｍを足した０．０１２ｍｍとなる。上下間隔は、レンズ２の中心位置ばらつき量０．００３ｍｍ、開口溝１６の加工精度０．００５ｍｍ、その他のレンズ２の接着ばらつきと板バネ７の押し付けばらつきを加えても０．０１５ｍｍ程度である。横間隔０．０１２ｍｍ、上下間隔０．０１５ｍｍ程度の間隔ばらつきであれば、光マトリクススイッチを構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００の仕様としては十分許容できる範囲で問題となることはない。
【００２９】
図４にシリコン基板４を板バネ７で開口溝６内に支持する構造を示す。板バネ７は、開口溝６の奥側（図中左側）と手前側（図中右側）の二ヵ所に設置し、上に凸に折り曲げることでバネ効果を持たせてシリコン基板４を上側に押し付ける。開口溝６に設置したシリコン基板４の下面と梁６ａの上面には０．１ｍｍ程度のすき間が残り、このすき間に折り目を付けた板バネ７を設置する。奥側（図中左側）の板バネ７は、開口溝６加工時に同時形成したスリット８部に一端を挿入して設置している。尚、押圧部分散の観点から３箇所以上で押すようにしてもよい。手前側（図中右側）の板バネ７は、シリコン基板４を設置した後で挿入する。開口溝６奥側（図中左側）のスリット８は、開口溝６の下面に沿って形成している。板バネ７の材質はリン青銅で、板厚は０．０５ｍｍである。シリコン基板４のコリメータレンズ２側端面は、開口溝６の端面に接触させず、わずかに空間を持たせて設置する。これは、シリコン基板４の姿勢を図３で示したストッパ板１４に押し付けて決めているため、その他の端面が開口溝６内に接触してシリコン基板４の姿勢が不安定になることを防止するためである。
【００３０】
図６は、フレーム１に設けたシリコン基板４支持部形状を、図５に示した複数の梁を並べたような開口溝６とは別の方法で行っているもので、開口溝６にせずに、溝の外側に壁を設けたような凹型溝２０のような開口溝としたものである。シリコン基板４の支持は、図５に示した開口溝６の場合と同じで、凹型溝２０の上側の面にシリコン基板４の表面４ａを押し付けるように、シリコン基板４の下側に板バネ（図示せず）を設置する。開口溝６の場合は、フレーム１にシリコン基板４を押し付けるストッパ板１４を取り付けるが、凹型溝２０の場合はストッパ板１４の必要がなく、部品点数を減らす効果がある。
【００３１】
図７は、図５及び図６に示したシリコン基板４の支持部形状とは異なるもので、シリコン基板４の側面を異方性エッチングで凹型に加工し、シリコン基板４の支持部形状を、シリコン基板４側面の凹型に合せて突起２１形状にしたものである。シリコン基板４側面の凹型形状は、シリコン単結晶の結晶面に沿って  エッチング加工により形成することができ、高精度な凹型形状を形成できる。突起２１の形状は、シリコン基板４側面の凹型に合せて形成する。加工はワイヤ放電加工で行うことから、突起２１の加工も容易に行え、かつ高精度に加工できる。支持部形状を突起２１形状とすることで、シリコン基板４の位置を簡単に決めることができ、図５で示した開口溝６の場合に比べ、ストッパ板１４及び板バネ７を取り付ける必要がない。
【００３２】
図８は、図１で示したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００と２つのミラーデバイス１０、１１を組み合せて光マトリクススイッチを構成した外観斜視図である。図の光スイッチは、一例として出射側光ファイバを通ってきた光信号を電気信号に変換せず、光のまま入射側光ファイバに送信するものである。具体的には、コリメータレンズ付き光ファイバ９の一つから出射したレーザ光１３を一旦空間に出して、そのレーザ１３光を、まず第１のミラーデバイス１０のミラー１２に当て、このミラー１２の角度調整を行って反射させたレーザ光１３を、こんどは第２のミラーデバイス１１のミラー１２に当て、同様にこのミラー１２の角度調整を行って反射させたレーザ光１３を、入射側に配置した出射側と同様のコリメータレンズ付き光ファイバ（図示せず）の一つに入射させるものである。
【００３３】
ミラーデバイス１０、１１は、シリコンウェハ材料から構成しており、フォトリソグラフィとエッチング加工によってミラー１２部分を形成している。ミラー１２表面には表面がＡｕとなる多層のメタライズ膜（図示せず）を施しており、コリメータレンズ２からのレーザ光１３を高率良く反射するようにしている。ミラーデバイス１０、１１に形成したミラー１２面は、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ９と同様に二次元配列で配置しており、コリメータレンズ２と正対した位置にミラー１２を配列している。上下間隔及び横間隔はコリメータレンズ２の配列間隔（図３中のＳとＰ）と同じである。ミラー１２は静電力によって角度調整できる機構を備えており、１つのミラー１２を４本の梁で２軸方向に角度調整する。これらのミラー１２で構成したミラーデバイス１０、１１を２つ使ってレーザ光１３を空間で光路変換する。
【００３４】
図９及び図１０は、図１で示したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００と、図８で示した第１のミラーデバイス１０とを一体化した構造のものである。ミラーデバイス１０及び複数のシリコン基板４を共に備える構成をとっている。基板配列部材１８には、シリコン基板４を支持する開口溝６と、ミラーデバイス１０を支持するミラー挿入溝１９とを備えている。そして、一のシリコン基板に搭載された光ファイバ端（或いはコリメータレンズ端）からミラーデバイス１０の対応位置までの距離と、他のシリコン基板に搭載された光ファイバ端（或いはコリメータレンズ端）からミラーデバイス１０の対応位置までの距離とが異なるよう形成されている。シリコン基板４を設置する開口溝６は、上段よりも下段の方がミラーデバイス１０側に近づくように形成する。一方、ミラーデバイス１０を設置するミラー挿入溝１９は、開口溝６の下段側に近づけるように基板配列部材１８に対して斜めに形成する。開口溝６の先端とミラー挿入溝１９の位置関係は逆ハ字型のようになる。
【００３５】
図１０に示すように、開口溝６にシリコン基板４を挿入し、板バネ７で支持した後、ミラー挿入溝１９にミラーデバイス１０を設置し、同じように板バネ（図示せず）で支持する。この状態で、コリメータレンズ付き光ファイバ９とミラーデバイス１０のミラー１２とは正対する位置の配置となる。コリメータレンズ付き光ファイバ９から出射したレーザ光１３は、正対するミラー１２に当たり、ミラー１２の角度調整によって任意の方向に反射レーザ光１３を出射する。ミラーデバイス１０とコリメータレンズとの間隔を広く配置した側にコリメータレンズからの出た光が反射して照射されるよう構成する。図１０では、コリメータレンズ２から出射したレーザ光１３は、ミラー１２によってほぼ９０度の角度変化を受けて上方側に出射する。この上方側に入射側のミラーデバイス１０とコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００を一体化したものを設置し、光マトリクススイッチを構成する。この構造によれば、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００を構成する基板配列部材１８にミラーデバイス１０を取り付けて一体構造とするため、コリメータレンズ２に対するミラーデバイス１０の位置調整が容易になる。また、金属材料で構成している基板配列部材１８に光学部品であるコリメータレンズ２やミラーデバイス１０を設置するため、剛性を高めることができ、外部から加わる力や変形に対してレーザ光１３の光軸ずれが起きない構造にできるとともに、ミラーデバイス１０単品での取扱いを低減できる。
【００３６】
これらのように、シリコン基板４にコリメータレンズ付き光ファイバ９を一次元に配列し、これらのシリコン基板４を基板配列部材１８のフレーム１によって支持することで、二次元配列したコリメータレンズ付き光ファイバ９の横間隔はシリコン基板４に形成する溝５の間隔で、上下間隔はシリコン基板４を支持するフレーム１の開口溝６間隔でそれぞれ決めることができ、横間隔及び上下間隔を高精度に配置することができる。しかも、コリメータレンズ付き光ファイバ９の上下間隔と横間隔を異なった任意の間隔で配列することが可能で、二次元配列で構成するコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００の設計の自由度を大幅に拡大することができる。
【００３７】
また、コリメータレンズ２の中心位置は、シリコン基板４の表面４ａから高精度に決められていることから、シリコン基板４の表面４ａを梁６ａの下面に押し付けて設置することで、シリコン基板４の厚さばらつきに影響されずにコリメータレンズ２の中止位置を高精度に位置決めすることができる。
【００３８】
また、シリコン基板４の溝５にコリメータレンズ付き光ファイバ９を倣わせて搭載するため、コリメータレンズ付き光ファイバ９を傾きなく精度良く位置決めすることができる。これにより、出射レーザ光の角度ずれによる結合損失の増加のないコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００を構成することができる。
【００３９】
また、シリコン基板４を板バネ７で位置決め支持することでシリコン基板４の取り外しを可能とし、コリメータレンズ付き光ファイバ９の損傷及び欠陥により交換をシリコン基板４単位で行うことができる。これにより、シリコン基板４に搭載するコリメータレンズ付き光ファイバ９の本数、及びこれらシリコン基板４の枚数が多くなっても、シリコン基板４単位での交換が可能であるため、製品の最終検査で不具合が見つかっても再生することが可能となり、生産効率を落とすことがない。さらに、シリコン基板４単位毎にコリメータレンズ付き光ファイバ９の仕様を変更したコリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００を構成することもでき、拡張性を持った製品を提供することができる。
【００４０】
なお、基板配列部材１８の材質は、本実施例ではＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金で説明したが、これに限らず、例えばステンレス合金、鉄系合金、銅合金でも良く、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金と同様の加工精度を得ることができるので、同様の効果を得ることができる。
【００４１】
また、コリメータレンズ付き光ファイバ９の仕様ついて、本実施例で説明したが、これらの仕様内容に限らず、別のコリメータレンズ付き光ファイバを使っても本実施例と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、本実施例では、コリメータレンズ付き光ファイバアレイ１００を７列４段の組み合わせで説明したが、この配列に限定されることはなく、二次元配列で構成される光マトリクススイッチのチャネル数として、例えば８ｃｈから６４ｃｈの範囲で構成される小中規模スイッチ、あるいは１０００ｃｈの大規模スイッチにも同様の構成で配列の組み合せが可能で、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、隣接する光ファイバの横方向と上下方向の間隔を高精度に配列することができ、または、障害時や仕様変更による光ファイバの交換を可能にできる光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイの全体構造を表す斜視図である。
【図２】図１に示すコリメータレンズ付き光ファイバを搭載した基板部材の構造を表す斜視図である。
【図３】図１に示すコリメータレンズ付き光ファイバアレイの構造を表す正面図である。
【図４】図１に示すコリメータレンズ付き光ファイバアレイの構造を表す側面図である。
【図５】図１に示す基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図６】図５の実施形態とは別の基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図７】図５及び図６の実施形態とは別の基板部材の支持部構造を表す斜視図である。
【図８】本発明の第１実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイを使った光マトリクススイッチの構成を表す斜視図である。
【図９】第１の実施形態とは別のコリメータレンズ付き光ファイバアレイの組み立て構造を表す側面図である。
【図１０】図９の実施形態によるコリメータレンズ付き光ファイバアレイを使った光マトリクススイッチの構造を表す側面図である。
【符号の説明】
１００・・・コリメータレンズ付き光ファイバアレイ、１・・・フレーム、２・・・コリメータレンズ、３・・・光ファイバ、４・・・シリコン基板、４ａ・・・シリコン基板表面、５・・・溝、６・・・開口溝、６ａ・・・梁、７・・・板バネ、８・・・スリット、９・・・コリメータレンズ付き光ファイバ、１０・・・第１のミラーデバイス、１１・・・第２のミラーデバイス、１２・・・ミラー、１３・・・レーザ光、１４・・・ストッパ板、１５・・・スプリングピン、１６・・・ピン支持部材、１７・・・ベース、１８・・・基板配列部材、１９・・・ミラー挿入溝、２０・・・凹型溝、２１・・・突起。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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