(57)【要約】【課題】光軸方向および位置精度の高いコリメータアレイを得るものである。【解決手段】本発明においては、ファイバコリメータはベンチ上の適正な位置に設けられた凹部に搭載され、コリメータ列を構成し、これを複数段積み上げることによりコリメータアレイを形成する。各ベンチには表裏面に位置決め用の部材と噛み合わせるための凹部を設け、各ベンチ位置決め用凹部と位置決め部材を噛み合わせることで、ベンチ間の位置を正確に決定し、２次元位置精度の高いコリメータアレイを形成する。【選択図】　図１
2004078151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を入力する光ファイバを複数備えた入力側コリメータアレイと、光信号経路の切替え機構と、切替えられた光信号を出力する光ファイバを備えた出力側コリメータアレイと、を備えた光スイッチであって、
前記入力側コリメータアレイ或いは前記出力側コリメータアレイの少なくとも一方は、
第一の基板と、前記第一の基板の一主面に形成された光ファイバに光学的に連絡するコリメータレンズを搭載する搭載溝と、
前記主面に形成された第一の位置決め溝と、
第二の基板と、前記第二の基板の一主面に形成された光ファイバに光学的に連絡するコリメータレンズを搭載する搭載溝と、
前記第二の基板に形成された貫通孔と、
前記第一の位置決め溝と、前記貫通孔との間に配置される位置決め部材と、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
請求項１において、前記第二の基板は、前記搭載溝が形成された主面に第二の位置決め溝を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
請求項１において、前記第一の位置決め溝或いは前記第一の貫通孔の少なくとも一方は、前記基板の結晶面に沿った表面が形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】
請求項１において、前記入力側コリメータアレイ或いは出力側コリメータアレイの少なくとも一方に形成される搭載溝はコリメータレンズを前記搭載溝が形成された基板より弾性率の低い弾性体を介して配置されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項５】
請求項１において、前記貫通孔は、前記搭載溝が形成された側と同じ側から形成されたものですことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】
請求項１において、第一の基板及び前記第二の基板には複数のコリメータレンズ収容溝が形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】
請求項１において、前記基板間に搭載された前記位置決め部材の上端は前記第一の基板に搭載されたコリメータレンズの上端より高い位置になるよう形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
光信号を入力する光ファイバを複数備えた入力側コリメータアレイと、光信号経路の切替え機構と、切替えられた光信号を出力する光ファイバを備えた出力側コリメータアレイと、を備えた光スイッチであって、前記入力側コリメータアレイ或いは前記出力側コリメータアレイの少なくとも一方は、
第一の基板と、前記第一の基板の一主面に形成された第一のコリメータレンズを搭載する第一の搭載溝と前記搭載溝の両側に配置される第一の位置決め溝と、前記一主面の反対側面に前記搭載溝が配置される領域に対応する領域の両側に形成された第二の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記一主面に対向して配置される第二の基板と、前記第二の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第一の位置決め溝に対向した位置に形成される第三の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記反対側面に対向して配置される第三の基板と、前記第三の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第二の位置決め溝に対向した位置に形成される第四の位置決め溝と、
前記第一の位置決め溝と前記第三の位置決め溝との間に配置される第一の位置決め部材と、前記第二の位置決め溝と前記第四の位置決め溝との間に配置される第二の位置決め部材と、
前記第一の基板の前記搭載溝から第一の方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より離れた領域に形成される前記搭載溝から前記第一の方向の反対方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より近い領域の形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えるコリメータレンズアレイであって、
第一の基板と、前記第一の基板の一主面に形成された第一のコリメータレンズを搭載する第一の搭載溝と前記搭載溝を挟んで形成される第一の位置決め溝と、前記一主面の反対側面に前記搭載溝が配置される領域に対応する領域を挟んで形成された第二の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記一主面に対向して配置される第二の基板と、前記第二の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第一の位置決め溝に対向した位置に形成される第三の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記反対側面に対向して配置される第三の基板と、前記第三の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第二の位置決め溝に対向した位置に形成される第四の位置決め溝と、
前記第一の位置決め溝と前記第三の位置決め溝との間に配置される第一の位置決め部材と、前記第二の位置決め溝と前記第四の位置決め溝との間に配置される第二の位置決め部材と、
前記第一の基板の前記搭載溝から第一の方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より離れた領域に形成される前記搭載溝から前記第一の方向の反対方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より近い領域の形成されることを特徴とするコリメータレンズアレイ。
【請求項１０】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えるコリメータレンズアレイであって、
第一の基板と、前記第一の基板の一主面に形成された第一のコリメータレンズを搭載する第一の搭載溝と前記搭載溝を挟むように配置される第一の位置決め溝と、前記一主面の反対側面に前記搭載溝が配置される領域に対応する領域を挟むように配置された第二の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記一主面に対向して配置される第二の基板と、前記第二の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第一の位置決め溝に対向した位置に形成される第三の位置決め溝と、
前記第一の基板の前記反対側面に対向して配置される第三の基板と、前記第三の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第二の位置決め溝に対向した位置に形成される第四の位置決め溝と、
前記第一の位置決め溝と前記第三の位置決め溝との間に配置される第一の位置決め部材と、前記第二の位置決め溝と前記第四の位置決め溝との間に配置される第二の位置決め部材と、
前記第一の基板に前記第二の基板と前記第三の基板に押付ける加圧機構を有することを特徴とするコリメータレンズアレイ。
【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、複数のコリメータレンズを備えた光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開平６−２１４１３８号公報に示されるように、予め外形精度の高い円筒状に作成したファイバコリメータを束ねることで配置精度を確保する方法、あるいは、特開２００１−２４２３３９号公報に示されるように位置精度良く加工した溝にコリメート用レンズとファイバを搭載する方法が主に用いられている。
【特許文献１】特開平６−２１４１３８号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２３３９号公報
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、公知例の形態では、十分な精度を持った装置を提供することが困難となってきている。特に、空間光結合型装置の小型化に伴い、より光軸方向および位置精度の高いコリメータアレイを用いないと光軸ずれによる損失を防止することが望まれる。
【０００４】
しかし、光信号を空間を介してファイバに入力する３次元空間光結合型の装置、いわゆる３次元空間結合型のマトリクス型光スイッチや波長選択型スイッチあるいは複数の半導体レーザを備えたマトリクス型の光送信モジュールなどでは、空間を通ってきた光信号をファイバに導くため、あるいはファイバからの光信号をコリメータ光として出力するためのファイバおよびレンズ系からなるファイバコリメータが必要であり、高い光結合効率を得るために、各ファイバコリメータの光軸は平行であり、かつその位置は予め設定された位置にある必要がある。そのため各々のファイバコリメータは光軸方向がそろった状態で精度良くマトリクス状に配置したコリメータアレイが必要である。
【０００５】
特開平６−２１４１３８の手法では、各ファイバコリメータの位置は、円筒を積み上げることによって規定されるため、円筒の外形精度の誤差が累積されることになり、多数のファイバコリメータを組み上げた場合、基準位置から離れたファイバコリメータの位置精度は水平、垂直いずれの方向においても低下する欠点がある。一方、特開２００１−２４２３３９に示された方法では、個々のファイバコリメータの位置はベンチに掘られた溝によって規定されるため、特に、垂直方向に精度良く重ね合わせていくことはできず、マトリクス状のコリメータアレイを精度よく構成することは難しい。
そこで、損失の少ない光スイッチを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の一つの特徴は、ファイバコリメータを搭載するベンチの表裏面に凹溝または貫通口部を設け、この凹部とそれに噛合う部材により複数段のベンチを精度良く組み上げていくことで、光軸方向および位置精度の高いコリメータアレイを得るものである。
【０００７】
本発明においては、ファイバコリメータはベンチ上の適正な位置に設けられた凹部溝に搭載され、コリメータ列を構成し、これを複数段積み上げることによりコリメータアレイを形成する。各ベンチには表裏面に位置決め用の部材と噛み合わせるための凹溝或いは貫通した開口を設け、各ベンチ位置決め用凹部溝と位置決め部材を噛み合わせることで、ベンチ間の位置を正確に決定し、２次元位置精度の高いコリメータアレイを形成するものである。
【０００８】
本願発明は、前記従来の課題を解決するために、ファイバと、それと光学的に結合するコリメートレンズとからなるファイバコリメータが２次元状に配置されたコリメータアレイであって、複数個のファイバコリメータの各々が、１枚のベンチ上に精度良く配置、形成された各々対応する凹部の溝に配置され、このベンチを複数段重ねる事により、コリメータの２次元配置が行われており、各ベンチ間の位置合わせは、各ベンチに設けられた凹部と、位置合わせ様の球状あるいは円筒形の側面を持つ部材との噛合わせにより行うことで、ファイバコリメータの２次元配置が精度良く行われているようにすることができる。
【０００９】
例えば以下の具体的構成をとることができる。
【００１０】
（１）光信号を入力する光ファイバを複数備えた入力側コリメータアレイと、光信号経路の切替え機構と、切替えられた光信号を出力する光ファイバを備えた出力側コリメータアレイと、を備えた光スイッチであって、前記入力側コリメータアレイ或いは前記出力側コリメータアレイの少なくとも一方は、第一の基板と、前記第一の基板の上方に配置される第二の基板とを有し、前記第一の基板は、光ファイバに光学的に連絡するコリメータレンズと、前記第一の基板の一主面に形成され前記コリメータレンズを搭載する搭載溝と、前記主面に形成された第一の位置決め溝と、を有し、前記第二の基板は、光ファイバに光学的に連絡するコリメータレンズと、前記第二の基板の一主面に形成された前記コリメータレンズを搭載する搭載溝と、前記第二の基板に形成された貫通孔と、を有する。そして、前記第一の基板と前記第二の基板とは、前記第一の位置決め溝と、前記貫通孔との間に配置される位置決め部材を介して配置されることを特徴とする。
【００１１】
（２）前記（１）において、前記第二の基板は、前記搭載溝が形成された主面に第二の位置決め溝を有することを特徴とする。
【００１２】
（３）前記（１）或いは（２）において、前記第一の位置決め溝或いは前記第一の貫通孔の少なくとも一方は、前記基板の結晶面に沿った表面が形成されることを特徴とする。
【００１３】
（４）前記（１）或いは（３）において、前記入力側コリメータアレイ或いは出力側コリメータアレイの少なくとも一方に形成される搭載溝はコリメータレンズを前記搭載溝が形成された基板より弾性率の低い弾性体を介して配置されることを特徴とする。
【００１４】
または、前記弾性体は、前記コリメータレンズと前記第二の基板との間に配置されるようにすることもできる。或いは両側であってもよい。
【００１５】
また、各ファイバコリメータはベンチ上のファイバコリメータ搭載用凹溝に対して接着されておらず、上段のベンチとの間にある弾性体により、押し付けられることで固定される構造とすることにより、ファイバコリメータを接着等の方法で個別に固定する必要がなくなり、組み立て作業性が向上するとともに、複数段重ねたベンチをコリメータアレイとして組み上げる際に、位置決め用凹溝と位置決め部材との間の押し付け力を適正化する効果が期待できる。
【００１６】
さらに、Ｓｉまたはその化合物からなる弾性体を形成し、この弾性体により、ファイバコリメータを搭載用凹溝に押し付け、固定する構造とすることにより、弾性体の経年変化による信頼性の低下を軽減し、かつ組み立てに必要な部品数を減らすことで、組み立て作業の効率を向上できる。
【００１７】
（５）前記（１）から（４）において、前記貫通孔は、前記搭載溝が形成された側と同じ側から形成されたものですことを特徴とする。
【００１８】
例えば、各ベンチの位置会わせ用貫通穴は、ベンチのファイバコリメータ搭載用凹部溝が開口している面と同じ面を基準として作成される。　また、一体の貫通穴として作成することで、設ける際の位置ずれを最小にできる。さらに、ファイバコリメータ搭載面側を基準として、この貫通穴を設けることでファイバコリメータ搭載用凹溝との位置ずれも少なくできる。
【００１９】
また、位置決め用貫通穴とファイバコリメータ搭載用凹部溝は、一枚のエッチング用マスクを利用してのエッチングにより、形成される事が効率的である。例えば、位置ずれはさらに低減できる。
【００２０】
（６）前記（１）から（５）において、第一の基板及び前記第二の基板には複数のコリメータレンズ収容溝が形成されることを特徴とする。
【００２１】
（７）前記（１）から（６）において、前記基板間に搭載された前記位置決め部材の上端は前記第一の基板に搭載されたコリメータレンズの上端より高い位置になるよう形成されることを特徴とする。
【００２２】
（８）また、他の形態の光スイッチは、光信号を入力する光ファイバを複数備えた入力側コリメータアレイと、光信号経路の切替え機構と、切替えられた光信号を出力する光ファイバを備えた出力側コリメータアレイと、を備えた光スイッチであって、前記入力側コリメータアレイ或いは前記出力側コリメータアレイの少なくとも一方は、第一の基板と、前記第一の基板の一主面に形成された第一のコリメータレンズを搭載する第一の搭載溝と前記搭載溝を挟んで配置される第一の位置決め溝と、前記一主面の反対側面に前記搭載溝が配置される領域を挟むように形成された第二の位置決め溝と、前記第一の基板の前記一主面に対向して配置される第二の基板と、前記第二の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第一の位置決め溝に対向した位置に形成される第三の位置決め溝と、前記第一の基板の前記反対側面に対向して配置される第三の基板と、前記第三の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第二の位置決め溝に対向した位置に形成される第四の位置決め溝と、前記第一の位置決め溝と前記第三の位置決め溝との間に第一の位置決め部材と、前記第二の位置決め溝と前記第四の位置決め溝との間に第二の位置決め部材を配置し、前記第一の基板の前記搭載溝から第一の方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より離れた領域に形成される前記搭載溝から前記第一の方向の反対方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より近い領域の形成されることを特徴とする。
【００２３】
または、前記のコリメータアレイの構成を備えることにより、光信号を入出力するための光ファイバを備え、その筐体内部でファイバからの光信号をコリメート光に変換し、使用する、あるいは内部の光源からの光信号をファイバに光結合する光装置として効果的な装置を構成できる。または、前記のコリメータアレイの構成を備えることにより、光信号を入出力するための光ファイバを備え、その筐体内部で光信号をコリメート光に変換した後、光路を切替えることで、光信号経路の切換を行う光スイッチの効果的な形態を提供できる。ファイバからの光信号のコリメート光への返還あるいはコリメート光の光ファイバへの光結合が精度良く行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の図面を参照しつつ説明する。
【００２５】
図１、図２、図３、図４は本発明によるコリメータアレイの一実施例と、光スイッチの部品としての利用法の一例を示す図であり、図１は本実施例におけるコリメータアレイの斜視図、図２は本実施例のコリメータアレイを利用した光スイッチの主要部分の構造例を示す概略図、図３は本実施例におけるコリメータアレイの一部をレンズ側から見た図、図４はベンチの一つを上面から見た図である。本実施例においては、図１に示すようにコリメータアレイは、コリメートレンズ７とファイバ８からなるファイバコリメータ、それらを搭載する貫通穴２付のベンチ１、１ｂ、上面を押さえるためのベンチ１ａ、コリメートレンズ７やファイバ８を押さえるための弾性体５、貫通穴２と噛合って、ベンチ間の位置決めを行う位置決めピン４から構成されている。
【００２６】
ファイバコリメータは、ファイバ８からの光信号をコリメートレンズ７を介して、整列したコリメート光として出力する、あるいはコリメートレンズ７に入った光信号をそれぞれ対応する光ファイバ８へ光結合する機能を持っており、コリメータアレイはそれをマトリクス上に配置したものである。
【００２７】
図２に示すように、コリメートアレイ２０は、光スイッチ特に、ファイバからの光信号をコリメート光１９に変換し、このコリメート光１９をミラーアレイ１８上の可動ミラーで反射することで、光路を切替え、再びファイバへ光結合し、出力する空間接続型あるいは３次元型光スイッチで用いられることも多い。このような光スイッチの部品としてコリメータアレイ２０として用いる場合、各々のファイバコリメータの光軸方向は平行でかつその位置はマトリクス状に正確に位置決めされていることが、ミラーアレイの設計や、全体の組み立て調整を容易にする点で望ましい。
【００２８】
図３、図４において光信号を伝播する光ファイバ８は、ベンチ１上のファイバ搭載用の凹上の溝６ａに搭載されており、光路用溝６ｃを介して、コリメートレンズ搭載溝６ｂに搭載された円筒状断面のコリメートレンズ７と光学的に結合しており、一対で単独のファイバコリメータを形成している。コリメートレンズ７は球レンズで構成することも可能である。ファイバ８とコリメートレンズ７は、それぞれが弾性体５で溝に押し付けられることで固定されているが、その直径が異なるため、各々の搭載溝はその幅と深さが異なっている。
【００２９】
このような深さの異なる溝を同一のベンチ上に形成する手法としては、ベンチ材質の種類によって、ダイサによるカッティング、ドライエッチング、型による成型等があるが、ベンチ材質をＳｉとし、ウェットエッチングプロセスによって形成する方法が、マスクも一枚で済み、マスクを転写したウェハを同時に複数個処理できるという点からみても、最も簡単で量産に適している。各ベンチを位置決めするためには、位置決めピン４の噛み合わせを利用しており、ベンチ１上には、位置決めピン搭載用凹部である溝３と、ベンチ１裏面での凹部となる貫通穴２が設けられており、溝３上に搭載された位置決めピン４が上段のベンチの貫通穴２と噛合うことで、各ベンチ間の垂直および水平位置が正確に位置決めされる。好ましくは、コリメータ光学系搭載溝６と同じ側から位置決め溝が形成されるので、精度の高い位置決めができる。特に、ウェットエッチングプロセスを用いて、溝を結晶面に沿った表面を備えるように形成することにより、簡易に高精度のエッチングができる。また、この位置決めピン搭載用溝３および貫通穴４の形成も、ウェットエッチングプロセスを利用すれば、その他のレンズ搭載用溝などの形成用マスク中に作ることができるため、同一のプロセスで処理でき、生産性が高くなるとともに、貫通穴２及び位置決めピン搭載溝３のファイバコリメータ光学系に対する水平位置精度は高くすることができる。
【００３０】
位置決めピン４と噛合う溝をピン搭載用溝３とは別にベンチ裏面に別個に設ける場合、ベンチ表裏での溝加工の位置精度が困難で、位置合わせが難しいが、本構造にすることにより簡易に高精度の位置決めができ、生産性向上に大きく寄与することができる。好ましくは、ファイバコリメータ光学系用の溝と同一マスクによって作られた貫通穴２と噛合う構造となっていることでベンチ間でのファイバコリメータ光学系の位置精度も確保できる。
【００３１】
図５に本発明の一実施例における弾性体の作用を説明するための概略図である。
本実施例においては、ファイバコリメータ光学系搭載溝６もベンチ１を貫通する構造となっている。コリメータアレイは、間にファイバコリメータ光学系９を搭載したベンチ１と弾性体５をはさむ状態で、最上段のカバーとなるベンチ１ａと最下段のベンチ１ｂに内側への押し付け力１０をかけることで構造を保持している。
【００３２】
弾性体５は、シリコンゴムや金属製のばね材、あるいはＳｉ構造体等、経年変化が少なく、耐環境性の高い材質が望ましく、この弾性体５により、ファイバコリメータ光学系９やその搭載用溝６の形状に誤差があった場合でも、接着や融着といった方法によらず確実にファイバコリメータ光学系９は搭載用溝６に押し付けられることで位置決めされ、固定される。また、弾性体５によって、各ベンチ間に働く押し付け力１０が適度に分散され、位置決め用ピン４と貫通穴２に加重が集中することにより、貫通穴２の下側開口部分の破損や変形を抑えることにもなる。
【００３３】
位置決め用ピン４は、ベンチ１とともに高い寸法精度、高い剛性を持ち、熱変形が少ないものが適当であり、コバールやガラス、あるいはアルミナなどのセラミックが特に適しているが、光学レンズを用いることもでき、ここにファイバコリメータ光学系のレンズを用いて、コリメート光を出力することで、マトリクス配置されたファイバコリメータ光学系９を使用することなく、コリメートアレイの光軸調芯用のコリメート光を得ることもできる。
【００３４】
図６は本発明の別の実施例を示すベンチ上面図であり、図７は図６の実施例をレンズ側から見た図である。図６では、左半分の位置決めピンとレンズ、ファイバを省略して示している。本実施例においては、コリメートレンズ７はボールレンズであり、位置決めピン搭載溝は位置決め用貫通穴２が兼ねている。この構造においては、位置決めピン搭載溝は位置決め用貫通穴２が兼ねていることで、ベンチ１の幅を狭くでき、コリメートアレイの小型化や材料費の低減が期待できる。また、位置決めに要する溝数が減った分、溝位置精度の点からもベンチ間位置精度の向上が期待できる。なお、位置決めピン４の径はコリメートレンズ７の径より大きくなるよう形成されることができる。
【００３５】
図８は本発明の別の実施例のベンチ上面図である。本実施例においては、ファイバコリメータ９はあらかじめコリメートレンズ７とファイバ８とが一体に組み上げられたものとなっており、これがファイバコリメータ搭載用溝６に搭載されている。このような構造のファイバコリメータは単芯のファイバコリメータを用いることができる。また、本実施例おいては、位置決め用部材として位置決め用ボール１１を用いており、これを位置決めボール搭載溝を兼ねた位置決め用貫通穴２に搭載し、これにより位置決めを行うものである。ボール形状は、ベアリング、球レンズなどで寸法精度の高いものを広く用いることができる。
【００３６】
図９は本発明の別の実施例であるＳｉ弾性体による保持構造を説明する断面図であり、図１０、図１１、図１２はＳｉ弾性体の構造例を示す平面図であり、図１３は図１２の作用を説明する断面図である。図９に示す実施例において、コリメートレンズ７を押さえる弾性体１２は、ベンチ１裏面に設けられたＳｉ弾性体１２である。これはＳｉを１００μｍ以内のごく薄い片持ち梁形状に加工し、弾性変形範囲内の加重で用いるものである。弾性体としてＳｉ層が厚すぎると加工に手間がかかり、生産性が低下する。また弾性体１２の幅と長さ、弾性体の数はレンズ７のサイズおよびＳｉ弾性体１２に必要とされる弾性力に応じて決めるのが有効であるが、少なくともレンズと２箇所以上の接触点がある方がレンズ７を安定して支えることができる。
【００３７】
ベンチ１裏面にＳｉ弾性体１２を形成するためには、ベンチ１の素材としてＳｉとＳｉＯ２の積層材であるＳＯＩウェハを用いることがＳｉ弾性体となるＳｉ層の強度の点からも適している。この場合、レンズ搭載溝６ｂや位置決め用貫通穴２を設けるのに十分な厚みのＳｉ層１５に対し、所定の厚さのＳｉＯ２層１６を間にはさみ、一層の薄いＳｉ層１７をもつＳＯＩウェハを利用する。
【００３８】
まず、他の場合と同じように貫通穴２や位置決めピン搭載溝３、ファイバコリメータ光学系搭載溝６をウェットエッチングにより加工する。この時ＳｉとＳｉＯ２のエッチング速度の違いから貫通穴２部分においてもＳｉＯ２層１６は貫通されず残ってしまう。次に、ベンチ１裏面の薄いＳｉ層１７をＳｉ弾性体１２の構造をなすように、穴１３となる部分をドライエッチングにより彫る。この時、貫通穴２の部分についてもＳｉ層１７を除去しておく。次に露出したＳｉＯ２層１６をウェットエッチングにより選択的に除去することで、表面のＳｉ層１５とＳｉ弾性体１２の間にはＳｉＯ２層１６の厚み分の間隙１３ａができ、Ｓｉ弾性体１２として稼動可能となる。Ｓｉ弾性体１２はファイバコリメータ光学系を保持するのみであり、また貫通穴２の位置および寸法は表面からのエッチングにより決定されているので、裏面からのＳｉ層加工の位置精度は数十μｍの誤差が許容できる構造とすることができる。Ｓｉ弾性体の平面形状としては、保持すべきコリメートレンズやファイバコリメータの形状により、さまざまな構造が考えられる。
【００３９】
図１０、図１１はその一例としてボールレンズを保持するためのＳｉ弾性体の平面形状の例である。図１２は円筒形状のレンズあるいはファイバコリメータを保持するＳｉ弾性体の平面形状の例である。図１２に示すように一方向にあえて、Ｓｉ弾性体１２を設けず、図１３に示すように、レンズ搭載溝６ｂの末端１４にレンズ７を押し付ける構造とすることで、より強固にレンズを保持することが可能となる。
【００４０】
図１４、図１５、図１６、図１７、図１８は本発明によるコリメータレンズアレイの一実施例を示す図であり、図１４は本実施例におけるコリメータレンズアレイの斜視図、図１５は本実施例のコリメータレンズアレイの正面図、図１６は本実施例におけるコリメータレンズ押さえ用弾性体（板ばね）の上面図、図１７は図１６の板ばね一つ分無加重状態での断面図、図１８は図１６の板ばねによるコリメートレンズ保持状態を示す断面図である。
【００４１】
本実施例においては、図１４に示すようにコリメータレンズアレイは、コリメートレンズ１０４とファイバ１０９からなるファイバコリメータ、それらを搭載する搭載溝１０６、状面位置決め溝１０７、下面位置決め溝１０８付のベンチ１０３、１０３ａ、１０３ｂ、コリメートレンズ１０４を押さえるための板ばね式の弾性体１０１、上面位置決め溝１０７、下面位置決め溝１０８と噛合って、ベンチ間の位置決めを行う位置決めピン１０５、位置決めピンを介して組み合わされたベンチ１０３、１０３ａ、１０３ｂをクランプするクリップ状金属ばね弾性体１０２からなっている。これによりベンチ間に押圧する構成となっており、複数スタックされたベンチの最も上側のベンチと最も下側のベンチに加圧部と両加圧部をつなぐ連結部を有している。最も上側と下側のベンチを加圧して、ベンチ積層体を押付けて密着させる構成になっている。
【００４２】
本実施例においてベンチ１０３と１０３ａ、ｂでは位置決め溝１０７、１０８の位置が両端で同方向に互い違いにおかれているように見えるが、搭載溝６、位置決め溝１０７、１０８ともベンチの前端から後端まで基板の端面まで及んで存在するため、ベンチ１０３の前、後端を入れ替えるとベンチ１０３ａ、ｂと同じ配置となり、結果としてベンチは一種類となり部品点数を減らすことも考えられる。
【００４３】
かかる観点からは、第一の基板には第一のコリメータレンズを搭載する第一の搭載溝と前記搭載溝を挟んで配置される第一の位置決め溝と、前記一主面の反対側面に前記搭載溝が配置される領域を挟むように形成された第二の位置決め溝とを有する。そして、第一の基板の前記一主面に対向して第二の基板が配置され、前記第二の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第一の位置決め溝に対向した位置に形成される第三の位置決め溝とを有する。また、前記第一の基板の前記反対側面に対向して第三の基板が配置され、前記第三の基板の前記第一の基板に対向する面の前記第二の位置決め溝に対向した位置に形成される第四の位置決め溝と、を有する。前記第一の位置決め溝と前記第三の位置決め溝との間に第一の位置決め部材と、前記第二の位置決め溝と前記第四の位置決め溝との間に第二の位置決め部材を配置される。そして、前記第一の基板の前記搭載溝から第一の方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より離れた領域に形成され、前記搭載溝から前記第一の方向の反対方向に位置する前記第一の位置決め溝は前記搭載溝から前記第二の位置決め溝までの距離より近い領域の形成される。
【００４４】
一本ずつ独立した各コリメータレンズ１０４はベンチ上に所定の方向に高寸法精度に設けられた搭載溝１０６に搭載され、位置、方向決めが行われる。搭載溝１０６はダイサによる高精度切削加工で実現される。
【００４５】
ベンチ、位置決め部材、コリメータレンズは、線膨張係数を合わせたほうが良く、レンズとしては石英、Ｓｉ、ほう珪酸ガラス、パイレックスガラス等が用いられるため、ベンチにはＳｉ、コバール、４２アロイ、石英、パイレックスガラス、ほう珪酸ガラス、フェライト、セラミック等が用いられる。位置決め部材は、寸法精度が特に重要である為、ジルコニア、パイレックスガラス、ほう珪酸ガラスの円筒が安価でもあり、特に適している。
【００４６】
コリメータレンズ１０４を搭載溝１０６に対して押し当てることで保持するための弾性体１０１は、一例としては板ばね式で、各ベンチごとに複数のコリメータレンズを固定できる用に複数の板ばね構造を内部に備えた１枚板である。弾性体１０１の両端は上方に折り曲げられ、ベンチ下面の位置合わせ溝（図示せず）と噛み合って、ベンチに対して位置決めするようになっている。各板ばね構造は、円筒形であるコリメータレンズ１０４に対して点接触しないよう、図１７に示すように１０１ａ、ｂ、ｃの少なくとも３つの曲げ部を持っており、図１８に示すようにコリメートレンズ１０４に押し当てられたときに、曲げ部１０１ｃから前方の部分がコリメートレンズ１０４に倣い、コリメートレンズ１０４をベンチ１０３の搭載溝に水平に押し当てる構造となっており、コリメートレンズ１０４は的確に搭載溝に倣うことができる。
【００４７】
弾性体としては、金属材料のほうが長期的に優れており、りん青銅等のバネ材、あるいはさびにくいＳＵＳ材や、さび防止の金メッキ等を施した金属材が適している。
【００４８】
また、基板の搭載溝、位置決め溝はダイサ等を用いて切削により加工することで、安価に作成が可能である。ウェットエッチングによる加工では、一度に大量に加工することが可能であるが、溝深さは基板表面を高さ基準とし、基板上に転写されたマスク幅によって決まるため、搭載溝に固定し、整列させたコリメータレンズの位置精度は、基板の厚さ精度、厚さの面内ばらつきに大きく影響を受け、精度が下がる。
【００４９】
一方ダイサによる切削加工では、加工対象を載せる台からの刃の高さで溝深さを調整することになるため、搭載溝が形成される面の裏面の位置決め溝をまず先に切削し、裏返して、高寸法精度の位置決め部材上に位置決め溝を合わせて基板を載せ、コリメータレンズの搭載溝と位置決め溝を加工することで、裏面の位置決め溝基準で、搭載溝及び表側位置決め溝を加工することができ、複数段積み重ねた場合でも基板の厚さ精度、面内ばらつきに因らず、コリメータレンズを高い精度で整列できる。切削加工の加工性を考えるとベンチ材としては、Ｓｉまたはフェライト等が優れている。さらに、コリメータレンズアレイを搭載する筐体にも同様の位置決め用溝を設け、位置決め部材を挟んで全体を弾性体でクランプ保持、固定する構造とすることで、コリメータレンズアレイ側では筐体への固定用部材として別部品を用意する必要がなくなり、生産性を向上できる。
【００５０】
また、コリメートレンズアレイとしてベンチを組み合わせた状態での保持は、クリップ状金属ばね弾性体１０２で行っており、コリメートレンズアレイとして接着部はない。従って、ファイバ断線、レンズ不良等などの問題が生じた場合は、弾性体１０２をはずし、コリメートレンズアレイを分解することで、用意にレンズの交換等を行うことができる。また、図中において位置決め用溝１０７、１０８は、一方向に平行に設けられている。この溝のみの場合、ベンチは前後方向には位置決めできないが、位置決めよう溝１０７、１０８と違う方向の別の位置決め用溝を設け、これも同様に位置決め部材を介して噛み合わせる事で、前後方向に対しても位置決めできる。本実施例では、ベンチの前端及び後端近傍で、コリメートレンズの搭載を妨げない所定の位置に位置決め用溝１０７、１０８と直交する一対の位置決め用溝を設けることで、ベンチの前後端を入れ替えることでの互換性を維持したまま、前後方向への位置決めも確実に行うことができる。
【００５１】
このように、本発明の一形態の特徴は、コリメータレンズはベンチの表面の搭載溝に弾性体で押し付けられ固定される。また、コリメータレンズを搭載するベンチの表裏面に位置決め用凹溝を設け、この凹部とそれに噛合う部材により複数段のベンチを精度良く組み上げ、これらを一括して第二の弾性体で押し付け固定する。第一の基板にそれを挟むよう配置された第二の基板と第三の基板に押付ける加圧機構を有する。これにより、接着剤を廃し、かつ溶接等の様に材料を限定されることなく、位置精度および耐環境性の高いコリメータレンズアレイを得ることもできる。
【００５２】
これによりコリメータレンズの固定などにおいて耐環境性の高いコリメータレンズアレイを提供できる。
【００５３】
搭載溝あるいは位置決め溝への保持、固定は弾性体により加えられる押し付け力と溝との摩擦力で行われる。温度、湿度が変化した場合でも、常に押し付け力が働くため、基板、コリメータレンズ、位置決め部材そのものの膨張収縮の影響以上にコリメータレンズが触れ回り等を起こすことがない。また、エポキシ樹脂などの接着剤と異なり、劣化してもアウトガスや接着剤の痩せ、変形といった問題は生じない。さらに弾性体で押さえるだけなので、ファイバの断線、レンズの不良等があった場合でも、該当するレンズだけを交換可能である。
【００５４】
図１９は本発明の別の一実施例であり、位置決め溝１０７、１０８と位置決め部材１０５を用いてベンチを位置決めする同様の方法でコリメータレンズアレイを筐体１１０に対して位置決めし、全体をクリップ状の弾性体１０２で押さえるものである。先の実施例と同じように、各コリメートレンズの位置、方向精度は、ダイサにより切削加工された溝の位置、方向精度で高精度に位置決めされ、かつ接着剤を用いておらず、コリメートレンズ４には常に搭載溝１０６に対する押し付け力が働き、位置決めされることから、温度変化等の耐環境性も高い。
【００５５】
図２０、図２１、図２２は本発明におけるコリメートレンズ押さえ弾性体１０１の別の実施例を説明する図である。図２０、図２１に示される板ばね状弾性体１０１は、図１６に示した弾性体１と異なり、一個のコリメートレンズ４を二つの板ばねで押さえる構造となっている。これは図２２に示すように、コリメータレンズ１０４下に溝１１１などがあった場合、コリメータレンズ１０４の全長が長く押し付け個所が１箇所では不足する場合、コリメートレンズ１０４の外形寸法精度が低く点接触になり得る場合などに、押し付け個所を増やすことで弾性体１０１あるいは搭載溝に対して点接触になることを避け、搭載安定性を増すものである。
【００５６】
これにより、損失の少ない光装置を提供することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明により、損失の少ない光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のコリメータアレイの斜視図である。
【図２】本発明の一実施例のコリメータアレイを利用した光スイッチの構造例を示す概略図である。
【図３】本発明の一実施例におけるコリメータアレイの一部をレンズ側から見た図である。
【図４】本実施例における図２はベンチの一つを上面から見た図である。
【図５】本発明の一実施例における弾性体の作用を説明するための概略図である。
【図６】本発明の一実施例を示すベンチ上面図である。
【図７】本実施例をレンズ側から見た図である。
【図８】本発明の一実施例のベンチ上面図である。
【図９】本発明の一実施例であるＳｉ弾性体による保持構造を説明する断面図である。
【図１０】Ｓｉ弾性体の構造例を示す平面図である。
【図１１】Ｓｉ弾性体の構造例を示す平面図である。
【図１２】Ｓｉ弾性体の構造例を示す平面図である。
【図１３】本発明の一実施例であるレンズ保持構造を説明する断面図である。
【図１４】本発明の一実施例のコリメータレンズアレイの斜視図である。
【図１５】本発明の一実施例のコリメータレンズアレイの正面図である。
【図１６】本発明の一実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の上面図である。
【図１７】本発明の一実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の側面断面図である。
【図１８】本発明の一実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の作用を説明するための概略図である。
【図１９】本発明の一実施例のコリメータレンズアレイ及び筐体の正面図である。
【図２０】本発明の一実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の上面図である。
【図２１】本発明の一実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の上面図である。
【図２２】図２０の実施例におけるコリメートレンズ押さえ弾性体の作用を説明するための概略図である。
【符号の説明】
１・・・ベンチ、１ａ・・・最上段のベンチ、１ｂ・・・最下段のベンチ、２・・・位置決め用貫通穴、３・・・位置決めピン用溝、４・・・位置決め用ピン、・４ａ・・下段の位置決めピン、５・・・弾性体、６・・・ファイバコリメータ搭載用溝、６ａ・・・ファイバ搭載溝、６ｂ・・・コリメートレンズ搭載溝、６ｃ・・・光路用溝、７・・・コリメートレンズ、８・・・光ファイバ、９・・・ファイバコリメータ、１０・・・押し付け力、１１・・・位置決め用ボール、１２・・・Ｓｉ弾性体、１３・・・穴、１３ａ・・・間隙、１４・・・レンズ搭載溝端部、１５・・・表面Ｓｉ層、１６・・・ＳｉＯ２層、１７・・・裏面Ｓｉ層、１８・・・ミラーアレイ、１９・・・コリメート光光路例、２０・・・コリメートアレイ、１０１・・・コリメートレンズ押さえ弾性体、１０２・・・ベンチ押さえ弾性体、１０３・・・ベンチ、１０３ａ・・・最上段のベンチ、１０３ｂ・・・最下段のベンチ、１０４・・・コリメータレンズ、１０５・・位置決め部材、１０６・・・コリメータレンズ搭載溝、１０７・・・上面位置決め溝、１０８・・・下面位置決め溝、１０９・・・ファイバ、１１０・・・位置決め溝付筐体、１１１・・・溝
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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