(57)【要約】【課題】小型化及び集積化を図ることができる光スイッチを提供する。【解決手段】光スイッチ１はベース基板２を有し、このベース基板２には、光スイッチ１の幅方向に対して垂直な方向に延びる複数本のＶ溝４が溝部３を挟んで形成され、各Ｖ溝４内には光ファイバ５ａ〜５ｄが配置されている。ベース基板２上には、光ファイバ５ａ〜５ｄの軸芯方向に延在する片持ち梁１０及び電極１４が設けられている。片持ち梁１０の先端部には、光ファイバ５ａ，５ｂのいずれか一方から出射された光を他方に向けて反射させるミラー部１３が設けられている。片持ち梁１０と電極１４とは電圧源１６を介して接続されている。この電圧源１６により片持ち梁１０と電極１４との間に電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁１０を撓ませ、ミラー部１３を移動させる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部材と、
端面同士が対向するように前記ベース部材上に配置された第１光ファイバ及び第２光ファイバと、
前記ベース部材上に設けられ、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバの軸芯方向に延在する可動部材と、
前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間に位置するように前記可動部材に固定され、前記第１光ファイバから出射した光を反射させる光学部品と、
前記第１光ファイバから出射した光を反射させる第１位置と前記第１光ファイバから出射した光を前記第２光ファイバに向けて通す第２位置との間を前記光学部品が移動するように、前記可動部材を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
前記ベース部材には、前記第１光ファイバ及び前記第２光ファイバを位置決めするためのファイバ溝が設けられており、
前記ベース部材における前記第１光ファイバと前記第２光ファイバとの間には、前記光学部品を配置するための溝部が設けられてい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】
前記可動部材は、前記ベース部材に片持ち支持された片持ち梁を有し、
前記駆動手段は、前記ベース部材上に設けられた電極と、前記片持ち梁と前記電極との間に静電気力を発生させる手段とを有することを特徴とする請求項１または２記載の光スイッチ。
【請求項４】
前記片持ち梁及び前記電極には、それぞれ櫛歯部が対向するように設けられていることを特徴とする請求項３記載の光スイッチ。
【請求項５】
前記光学部品を前記第１位置及び前記第２位置に保持する位置保持手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項記載の光スイッチ。
【請求項６】
前記位置保持手段は、前記可動部材の先端部に設けられ、前記光学部品を前記第１位置及び前記第２位置に保持するための係止部と、前記係止部と係合する係止受け部を有する位置保持用可動部材と、前記位置保持用可動部材を駆動する手段とを有することを特徴とする請求項５記載の光スイッチ。
【請求項７】
前記ベース部材上には、前記第１光ファイバに対して平行に延びる第３光ファイバが配置されており、
前記光学部品は、前記第１位置にあるときに、前記第１光ファイバから出射した光を前記第３光ファイバに向けて反射させる光反射面を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システム等で用いられる光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光通信システムで用いられる光スイッチとしては、例えば非特許文献１に記載されているものが知られている。この文献に記載の光スイッチは、導波路である複数の光ファイバ間で出力光の進行方向を切り替えるための静電アクチュエータを備えている。この静電アクチュエータは、先端にミラーが取り付けられた支持アームと、各光ファイバ間にミラーを出し入れするように支持アームを移動させる駆動系とを備えている。
【０００３】
【非特許文献１】
JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY,VOL.17,NO.1,JANUAR 1999,Micro-Opto-Mechanical 2×2 Switch for Single-Mode Fibers Based on Plasma-Etched Silicon Mirror and Electrostatic Actuation
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術においては、各光ファイバの端面間に、ミラーを光ファイバの軸芯に対して斜め方向に直線的に出し入れする構成であるため、光スイッチが全体的に大型化し、光スイッチの集積化が困難である。
【０００５】
本発明の目的は、小型化及び集積化を図ることができる光スイッチを提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の光スイッチは、ベース部材と、端面同士が対向するようにベース部材上に配置された第１光ファイバ及び第２光ファイバと、ベース部材上に設けられ、第１光ファイバ及び第２光ファイバの軸芯方向に延在する可動部材と、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に位置するように可動部材に固定され、第１光ファイバから出射した光を反射させる光学部品と、第１光ファイバから出射した光を反射させる第１位置と第１光ファイバから出射した光を第２光ファイバに向けて通す第２位置との間を光学部品が移動するように、可動部材を駆動する駆動手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００７】
このように光学部品が固定された可動部材を、第１光ファイバ及び第２光ファイバの軸芯方向に延在するようにベース部材上に設けることにより、水平面内における第１光ファイバ及び第２光ファイバの軸芯に垂直な方向（光スイッチの幅方向）に対する可動部材の専有スペースを狭くすることができる。これにより、光スイッチを幅方向に小型化することが可能となる。また、光スイッチを幅方向にアレイ化することで、高集積化を図ることが可能となる。
【０００８】
好ましくは、ベース部材には、第１光ファイバ及び第２光ファイバを位置決めするためのファイバ溝が設けられており、ベース部材における第１光ファイバと第２光ファイバとの間には、光学部品を配置するための溝部が設けられている。これにより、光スイッチの高さ寸法が小さくなるため、光スイッチの更なる小型化が可能となる。
【０００９】
また、好ましくは、可動部材は、ベース部材に片持ち支持された片持ち梁を有し、駆動手段は、ベース部材上に設けられた電極と、片持ち梁と電極との間に静電気力を発生させる手段とを有する。この場合には、片持ち梁と電極との間に生じる静電気力によって片持ち梁が電極に引き寄せられ、これに伴って光学部品が移動する。これにより、第１光ファイバ及び第２光ファイバの軸芯方向に延在する可動部材を、簡単な構造で容易に駆動することができる。また、静電気力を利用して光学部品を動かすことで、ほとんど電流を流さずに済むため、省電力化を図ることができる。
【００１０】
このとき、好ましくは、片持ち梁及び電極には、それぞれ櫛歯部が対向するように設けられている。このように電極に櫛歯部を設けることにより、電極の表面積が増えるので、片持ち梁と電極との間に生じる静電気力が大きくなる。従って、片持ち梁と電極との間に印加する駆動電圧を低くしたり、片持ち梁を短くした場合でも、十分な駆動力が確保される。
【００１１】
また、好ましくは、光学部品を第１位置及び第２位置に保持する位置保持手段を更に備える。これにより、光学部品が第１位置及び第２位置にある状態において、電圧や電流を供給し続けなくて済むため、省電力化を図ることができる。また、停電時にも、光学部品を第１位置及び第２位置に保つことが可能となる。
【００１２】
このとき、好ましくは、位置保持手段は、可動部材の先端部に設けられ、光学部品を第１位置及び第２位置に保持するための係止部と、係止部と係合する係止受け部を有する位置保持用可動部材と、位置保持用可動部材を駆動する手段とを有する。この場合には、光学部品を簡単な構造でかつ確実に第１位置及び第２位置に保持することができる。
【００１３】
さらに、好ましくは、ベース部材上には、第１光ファイバに対して平行に延びる第３光ファイバが配置されており、光学部品は、第１位置にあるときに、第１光ファイバから出射した光を第３光ファイバに向けて反射させる光反射面を有している。これにより、幅寸法の小さな１×２スイッチや２×２スイッチが実現可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光スイッチの好適な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る光スイッチの一実施形態を示す水平方向断面図であり、図２は、その光スイッチの垂直方向断面図である。各図において、本実施形態の光スイッチ１は、複数の２×２スイッチをアレイ化したものである。
【００１６】
光スイッチ１は、Ｓｉ等で形成されたベース基板２を有し、このベース基板２には、上面に開口し光スイッチ１の幅方向に延びる溝部３が形成されている。ベース基板２の上面部には、図１及び図３に示すように、光スイッチ１の幅方向に対して垂直な方向に延びる複数本のファイバ位置決め用Ｖ溝４が溝部３を挟んで形成されている。このＶ溝４は、４本一組で複数組（図１では二組）設けられている。なお、各Ｖ溝４の深さは、溝部３の深さよりも小さくなっている。
【００１７】
各組のＶ溝４内には、光ファイバ５ａ〜５ｄがそれぞれ配置されている。なお、光ファイバ５ａ，５ｂは互いに平行に延び、光ファイバ５ｃ，５ｄは互いに平行に延びている。また、光ファイバ５ａ，５ｃの端面同士は、溝部３を挟んで同軸上に対向し、光ファイバ５ｂ，５ｄの端面同士は、溝部３を挟んで同軸上に対向している。
【００１８】
ベース基板２上には、微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）技術を用いて形成したＭＥＭＳ構造体６が設けられている。ＭＥＭＳ構造体６は、Ｓｉ等で形成されたＭＥＭＳ基板７を有し、このＭＥＭＳ基板７の表面（下面）には、各組の光ファイバ５ａ〜５ｄに対応して複数組（図１では二組）の静電アクチュエータ８及び位置保持用アクチュエータ９が設けられている。静電アクチュエータ８及び位置保持用アクチュエータ９は、例えば導電性を有するＳｉで形成されている。
【００１９】
各静電アクチュエータ８は、光ファイバ５ａ，５ｂに対応する部位に配置されている。静電アクチュエータ８は、ベース基板２及びＭＥＭＳ基板７に片持ち支持された可動部材である片持ち梁１０を有し、この片持ち梁１０は、光ファイバ５ａ〜５ｄの軸芯方向にベース基板２の溝部３の位置まで延在している。片持ち梁１０には、複数の櫛歯からなる櫛歯部１１が設けられている。
【００２０】
片持ち梁１０の先端には支持部１２が設けられ、この支持部１２の下面にはミラー部１３が固定されている。このミラー部１３は、溝部３内に配置されて光ファイバ５ａ〜５ｄの下方位置まで延びている。ミラー部１３は、Ｖ字型の光反射面１３ａを有する光学部品であり、光ファイバ５ａ，５ｂのいずれか一方から出射された光を他方に向けて反射させる。光反射面１３ａには、光ファイバ５ａ，５ｂからの光をほぼ全反射させるべく、例えばＡｕがコーティングされている。
【００２１】
また、ＭＥＭＳ基板７の表面には電極１４が設けられており、この電極１４は、片持ち梁１０に対して平行にベース基板２の溝部３まで延在している。電極１４には、複数の櫛歯からなる櫛歯部１５が片持ち梁１０の櫛歯部１１と対向するように設けられている。
【００２２】
片持ち梁１０と電極１４とは電圧源１６を介して接続されている。そして、この電圧源１６により片持ち梁１０と電極１４との間に所定の電圧を印加することで、図４に示すように、両者間に静電気力を発生させて片持ち梁１０を撓ませ、それに伴ってミラー部１３を光スイッチ１の幅方向に移動させる。ここで、ミラー部１３は、光ファイバ５ａ，５ｂから出射された光を反射させる第１位置（図４（ａ）参照）と光ファイバ５ａ，５ｂから出射された光を光ファイバ５ｃ，５ｄに向けて通す第２位置（図４（ｂ）参照）との間を移動するように構成されている。
【００２３】
このように静電気力によってミラー部１３を動かすので、ほとんど電流を流さずに済み、これにより省電力化を図ることができる。また、電極１４には櫛歯部１５が設けられているので、電極１４の表面積が全体的に大きくなる。従って、その分だけ片持ち梁１０と電極１４との間に生じる静電気力が増大するため、片持ち梁１０を低電圧駆動することができる。
【００２４】
各位置保持用アクチュエータ９は、ベース基板２の溝部３に対して静電アクチュエータ８の反対側である光ファイバ５ｃ，５ｄに対応する部位に配置されている。位置保持用アクチュエータ９は、図４（ａ）に示す第１位置と図４（ｂ）に示す第２位置において、ミラー部１３を無電力で自己保持するものである。
【００２５】
位置保持用アクチュエータ９は、Ｔ字型の可動部材１７を有している。この可動部材１７には、静電アクチュエータ８側に付勢するバネ力をもった弾性体１８が連結されており、この弾性体１８の両端部はＭＥＭＳ基板７の表面に固定されている。可動部材１７の基端には、複数本の櫛歯からなる櫛歯部１９が設けられている。
【００２６】
静電アクチュエータ８の片持ち梁１０の先端に設けられた支持部１２には、ミラー部１３を上記の第１位置及び第２位置に保持するための係止用突起部２０が設けられている。また、可動部材１７の先端部は、その係止用突起部２０と係合する係止受け部２１を構成している。
【００２７】
また、ＭＥＭＳ基板７の表面には電極２２が設けられている。この電極２２には、可動部材１７の櫛歯部１９の各櫛歯間に挿入された複数本の櫛歯からなる櫛歯部２３が設けられている。
【００２８】
可動部材１７と電極２２とは電圧源２４を介して接続されている。そして、この電圧源２４により可動部材１７と電極２２との間に所定の電圧を印加することで、両者間に静電気力を発生させ、図４に示すように可動部材１７を光ファイバ５ａ〜５ｄの軸芯方向に移動させる。
【００２９】
以上のように構成した光スイッチ１において、通常状態では、片持ち梁１０が真っ直ぐに延びており、ミラー部１３は図４（ａ）に示す第１位置にある。この状態では、光ファイバ５ａから出射された光は、ミラー部１３のＶ字型の光反射面１３ａで反射し、光ファイバ５ｂに入射される。このとき、可動部材１７の係止受け部２１が支持部１２に設けられた係止用突起部２０の一側面と係合することで、支持部１２が可動部材１７に係止された状態にあり、ミラー部１３が第１位置に保持されている。
【００３０】
このような通常状態から、ミラー部１３を図４（ｂ）に示す第２位置に移動させるときは、まず電圧源２４により可動部材１７と電極２２との間に電圧を印加する。すると、可動部材１７と電極２２との間に生じる静電気力によって、図４（ｂ）に示すように、弾性体１８が付勢力に抗して収縮しながら、可動部材１７が電極２２に引き寄せられる。これにより、支持部１２と可動部材１７との係止状態が解除される。
【００３１】
この状態において、電圧源１６により片持ち梁１０と電極１４との間に電圧を印加する。すると、片持ち梁１０と電極１４との間に生じる静電気力によって、図４（ｂ）に示すように、片持ち梁１０の先端側部分が電極１４に引き寄せられて撓んで、櫛歯部１５の各櫛歯間に櫛歯部１１の櫛歯が入り込み、これに伴ってミラー部１３が第２位置まで移動する。この状態では、光ファイバ５ａから出射された光は、ベース基板２の溝部３内を通り、光ファイバ５ｃに入射される。
【００３２】
そして、電圧源２４による印加電圧をゼロにすると、図４（ｃ）に示すように、弾性体１８の付勢力によって可動部材１７がミラー部１３側に移動し、可動部材１７の係止受け部２１が係止用突起部２０の他側面と係合することで、支持部１２が可動部材１７に係止された状態となる。これにより、電圧源１６による印加電圧をゼロにしても、片持ち梁１０が付勢力によって初期状態に戻ることはなく、ミラー部１３が第２位置に確実に自己保持される。従って、ミラー部１３を第２位置に保持するために電圧を印加し続けなくて済むので、光スイッチ１の消費電力を低減することができる。また、万が一の停電時においても、ミラー部１３を第２位置に維持することが可能である。
【００３３】
以上のような本実施形態の光スイッチ１にあっては、静電アクチュエータ８の片持ち梁１０及び電極１４を光ファイバ５ａ〜５ｄの軸芯方向に延在するように構成したので、静電アクチュエータ８のスペースを光スイッチ１の幅方向に大きくとらずに済む。これにより、光スイッチ１の幅サイズを小さくできるため、小型化及び高集積化を図ることが可能となる。
【００３４】
また、光ファイバ５ａ〜５ｄの軸芯方向に対して静電アクチュエータ８のサイズの制約を受けない場合には、片持ち梁１０及び電極１４をある程度長くすることで、片持ち梁１０の駆動力を十分に確保することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、通常状態時に、光ファイバ５ａ，５ｂからの光をミラー部１３で反射させる構成としたが、特にこれに限らず、通常状態時には、光ファイバ５ａ，５ｂからの光を光ファイバ５ｃ，５ｄにスルーさせ、その状態から片持ち梁１０と電極１４との間に電圧を印加してミラー部１３を反射位置に移動させるような構成としてもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、ミラー部１３を光スイッチ１の幅方向に動かす構成としたが、ミラー部１３を光スイッチ１の高さ（上下）方向に動かす構成としてもよい。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、静電アクチュエータ８によりミラー部１３を動かすようにしたが、電磁力を利用してミラー部１３を駆動させる電磁アクチュエータ等を用いてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態の光スイッチは、２×２スイッチをアレイ化したものであるが、本発明は、１×２スイッチやＯＮ／ＯＦＦスイッチ等にも適用可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、可動部材をベース部材上に第１光ファイバ及び第２光ファイバの軸芯方向に延在するように設け、第１光ファイバから出射した光を反射させる光学部品を、第１光ファイバと第２光ファイバとの間に位置するように可動部材に固定したので、光スイッチの小型化及び集積化を図ることができる。
【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を示す水平方向断面図である。
【図２】図１に示す光スイッチの垂直方向断面図である。
【図３】図１のIII−III線断面図である。
【図４】図１に示す光スイッチの動作状態を示す図である。
【符号の説明】
１…光スイッチ、２…ベース基板（ベース部材）、３…溝部、４…ファイバ位置決め用Ｖ溝（ファイバ溝）、５ａ，５ｂ…光ファイバ（第１光ファイバ、第３光ファイバ）、５ｃ，５ｄ…光ファイバ（第２光ファイバ）、８…静電アクチュエータ、９…位置保持用アクチュエータ（位置保持手段）、１０…片持ち梁（可動部材）、１１…櫛歯部、１２…支持部、１３…ミラー部（光学部品）、１３ａ…光反射面、１４…電極（駆動手段）、１５…櫛歯部、１６…電圧源（駆動手段）、１７…可動部材（位置保持用可動部材）、１８…弾性体、２０…係止用突起部（係止部）、２１…係止受け部、２２…電極、２４…電圧源。
【図１】
2004191643.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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