(57)【要約】【課題】  小型で他の光回路との集積実装が容易であり、高速動作が可能で応答時間が短く、低電圧で駆動できる反射方向可変ミラー装置及びその製造方法、並びにそのミラー装置を用いた光路可変装置（光スイッチ）を提供すること。【解決手段】  反射方向可変ミラー装置１０を、角度可変な光反射面３を有する単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）と、このミラー部の角度非可変部５を保持する保持部６と、ミラー部２に対向した位置に偏在して設けられた電極７（７ａ〜７ｅ）とで、ミラー部２と電極７との間に印加される電圧によってミラー部２の角度可変部４が変形動作するように構成する。ミラー部２ａ〜２ｅの長辺の長さは、徐々に短くする。反射方向可変ミラー装置１０と、このミラー装置１０の角度可変な光反射面３に入射光を導く光入射手段と、電極７への電圧の印加によって向きが変化する光反射面３からの反射光を受光する受光手段とで光路可変装置を形成する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
角度可変な光反射面を有する複数のミラー部と；これらのミラー部の角度非可変部をそれぞれ保持する保持部と；前記ミラー部のそれぞれに対向した位置に偏在して設けられた複数の電極と；前記ミラー部と前記電極との間に印加される電圧によって生じる、前記ミラー部の角度可変部の変形動作における変形量を、前記複数のミラー部間で互いに異ならせる手段と；を有する、反射方向可変ミラー装置。
【請求項２】
前記ミラー部が略長方形の形状を有し、その長手方向の両端部が前記保持部によって基体上に固定されていると共に、前記複数のミラー部がその幅方向に並置されている、請求項１に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項３】
前記略長方形の長辺の長さが前記複数のミラー部ごとに互いに異なる、請求項２に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項４】
前記複数のミラー部の長辺の長さが、前記複数のミラー部の並置方向において、徐々に減少している、請求項３に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項５】
前記ミラー部の幅方向の一辺側に偏った位置に対向して、前記電極が設けられている、請求項２に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項６】
前記ミラー部の幅方向の両辺側に偏った位置に対向して前記電極がそれぞれ設けられている、請求項２に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項７】
前記ミラー部が、導電性薄膜からなり、かつ少なくとも前記角度可変部に前記光反射面を有する、請求項１に記載した反射方向可変ミラー装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載した反射方向可変ミラー装置の製造方法であって、
基体上に前記電極を形成する工程と、前記基体上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層のうち前記保持部の形状に対応した部分を選択的に除去する工程と、前記除去部分を前記保持部の構成材料で充填する工程と、この充填状態で前記犠牲層を含む表面に光反射膜を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程とを行う、反射方向可変ミラー装置の製造方法。
【請求項９】
前記犠牲層を含む全面に前記光反射膜の構成材料を被着した後にパターニングして前記光反射膜を形成し、更に前記犠牲層を溶解除去する、請求項８に記載した反射方向可変ミラー装置の製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲層を感光性樹脂によって形成する、請求項８に記載した反射方向可変ミラー装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項に記載した反射方向可変ミラー装置と、この反射方向可変ミラー装置の前記角度可変な光反射面に入射光を導く光入射手段と、前記電圧の印加によって変化する前記角度可変な光反射面からの反射光を受光する受光手段とからなる、光路可変装置。
【請求項１２】
前記光入射手段が第１の光導波路によって構成されている、請求項１１に記載した光路可変装置。
【請求項１３】
前記受光手段が第２の光導波路によって構成されている、請求項１１に記載した光路可変装置。
【請求項１４】
前記第１の光導波路の光出射端面が傾斜反射面であり、前記傾斜反射面で反射した光が前記第１の光導波路の側面から前記ミラー部へ出射される、請求項１２に記載した光路可変装置。
【請求項１５】
前記第２の光導波路の光入射端面が傾斜反射面であり、前記第２の光導波路の側面から入射した光が前記傾斜反射面で反射されて前記第２の光導波路内に導かれる、請求項１３に記載した光路可変装置。
【請求項１６】
前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが前記端面において対向して配置され、前記第１の光導波路が前記電圧の無印加時には前記ミラー部への光入射とこのミラー部からの反射光の受光とを行い、前記第２の光導波路がミラー部からの反射光を受光する、請求項１４又は１５に記載した光路可変装置。
【請求項１７】
前記光入射手段が第３の光導波路によって構成され、この第３の光導波路に隣接して、前記ミラー部への光入射とこのミラー部からの反射光を受光する第４及び第５の光導波路が配置されている、請求項１１に記載した光路可変装置。
【請求項１８】
前記第３の光導波路、前記第４の光導波路及び前記第５の光導波路が、いずれも傾斜反射面を有していて、この傾斜反射面において互いに対向して配置され、前記第３の光導波路から前記ミラー部へ入射した光が、前記ミラー部の幅方向の両辺側に偏った位置に対向してそれぞれ設けられた前記電極への電圧の選択的印加によって、前記第４の光導波路と前記第５の光導波路とのいずれかの傾斜反射面に入射する、請求項１７に記載した光路可変装置。
【請求項１９】
前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路の光出射面又は光入射面に凸レンズが設けられている、請求項１４、１５又は１８に記載した光路可変装置。
【請求項２０】
前記レンズが使用波長に対して透明な基板上に形成され、この基板が、前記光出射面又は前記光入射面に固定されている、請求項１９に記載した光路可変装置。
【請求項２１】
前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路が有機材料からなる、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載した光路可変装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光配線用の各種装置等に好適に用いられる反射方向可変ミラー装置及びその製造方法、並びにそれを用いた光路可変装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
これまで、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、比較的短距離間の情報伝達は、主に電気信号により行われてきたが、集積回路の性能を更に向上されるためには、信号の高速化や信号配線の高密度化が必要となる。しかし、電気信号配線においては、配線の時定数による信号遅延や、ノイズ発生等の問題から、電気信号の高速化や電気信号配線の高密度化が困難である。
【０００３】
こうした問題を解決する光配線（光インターコネクション）が注目されている。光配線は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能であり、例えばチップ間のような短距離間の信号の伝送には、チップが搭載されている基板上に光導波路を形成し、この光導波路を信号変調されたレーザ光等の伝送路とした光伝送・通信システムを構築することができる。
【０００４】
このような光配線システムにおいては、電気回路におけるスイッチに相当して、複数の光路の中から適切な光路を選択する光路可変装置（以下、簡単に光スイッチということがある。）が必要である。
【０００５】
従来の光スイッチは、例えば後述の特許文献１に開示されているようなガルバノミラー型の反射方向可変ミラー装置をティルトミラーとして用い、コリメータ及び光ファイバと組み合わせて、例えば後述の特許文献２に開示されているように構成されている。
【０００６】
図２０（ａ）及び（ｂ）は、特許文献１に開示されているガルバノミラー型のミラー装置１００の平面図（ａ）及びＹ−Ｙ断面図（ｂ）である。このミラー装置１００では、ミラー部１０１は、表面側に光反射面１０２を有し、両端をトーションバー１０３によって支持され、かつその裏面側で基板１０５の突起部１０６によって保持されている。そして、突起部１０６の左右両側の基板１０５の上には、ミラー部１０１の裏面と対向する位置に、電極１０７と１０８とが設けられている。ミラー部１０１の裏面と電極１０７又は１０８との間に電圧を印加すると、ミラー部１０１の裏面と電極１０７又は１０８との間に静電気力が作用し、ミラー部１０１がトーションバー１０３を軸として回転し、ミラー面１０１の角度が変化する。ミラー装置１００では、トーションバー１０３に歪みゲージ１０４が取り付けられ、トーションバー１０３の歪みを測定することによって、ミラー面１０１の角度を検知し、制御できるように構成されている。
【０００７】
図２１（ａ）及び（ｂ）は、特許文献２に開示されている光スイッチ１１０の基本構成を示す斜視図（ａ）及び上面図（ｂ）である。図２１（ａ）に示すように、この装置１１０は、入力部１１１Ａ及び出力部１１１Ｂを同一平面上に形成した入出力一体型のコリメータアレイ１１１と、入力部１１２Ａ及び出力部１１２Ｂを同一平面上に形成した入出力一体型のティルトミラーアレイ１１２と、入射光の光路を所定の方向にシフトし、かつ、折り返して反射するシフト型折り返しミラー１１３とからなる。
【０００８】
コリメータアレイ１１１の入力部１１１Ａ及び出力部１１１Ｂには、それぞれ複数の入力コリメータ及び出力コリメータが２次元に配列されており、更に、図２１（ｂ）に示すように、各コリメータに対応した複数の光ファイバからなる入力光ファイバアレイ１１４Ａ及び出力光ファイバアレイ１１４Ｂが接続されている。また、ティルトミラーアレイ１１２の入力部１１２Ａ及び１１２Ｂには、各コリメータにそれぞれ対応した複数のティルトミラーが２次元に配列されている。このティルトミラーとして、例えば特許文献１に開示されているガルバノミラー型の反射方向可変ミラー装置等が用いられる。
【０００９】
この光スイッチ１１０が、ある入力光ファイバから入力された光を所望の出力光ファイバへ出射する動作は次の通りである。入力光ファイバからそれに結合した入力コリメータに入射された光は、平行光となり対応する入力ティルトミラーに送られる。この入射光は、入力ティルトミラーによって伝播方向を調節されてシフト型折り返しミラー１１３に送られ、シフトして反射された反射光が出力ティルトミラーに戻される。この際、入力ティルトミラーは、シフト型折り返しミラー１１３で反射された反射光が、所望の出力光ファイバに対応する出力ティルトミラーに戻されるように、入力ティルトミラーにおける入射光の反射角度を調節する。出力ティルトミラーに入射する反射光は、出力ティルトミラーにおける反射角度の調節によって伝播方向を調整され、対応する出力コリメータに送られ、そこで集光されて所望の出力光ファイバに出力される。
【００１０】
【特許文献１】特開平５−１１９２８０号公報（第２及３頁、図１）
【特許文献２】特開２００２−１６９１０７号公報（第４頁、図１及び２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述したガルバノミラー型の反射方向可変ミラー装置は、単結晶シリコン基板のエッチングによって容易に作製できるという利点を有するものの、エッチングでは厚さ数μｍに薄型化したものを作製することは難しく、また、トーションバーの厚みもミラーを支持する強度を確保するために厚くなる等の理由で、他の光回路との集積実装が難しい。また、トーションバーを短くしすぎると、角度変化に際し大きなねじれの力が働き、トーションバーが耐え切れず、破損する恐れがある。破損を防止するため、トーションバーを長くしたり、厚く太くしたりすると、シングルモードを扱う比較的小型なガルバノミラー型ミラー装置であっても、サイズが増大し質量が大きくなるため、ミラーの回転動作が遅くなり、光反射面の角度を変化させるのに要する応答時間が長くなるという問題や、高速に動作させようとすると、駆動に高電圧が必要になるという問題が生じる。
【００１２】
本発明の目的は、上記のような実情に鑑み、小型で他の光回路との集積実装が容易であり、高速動作が可能で応答時間が短く、低電圧で駆動できる反射方向可変ミラー装置及びその製造方法、並びにそのミラー装置を用いた光路可変装置（光スイッチ）を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
即ち、本発明は、角度可変な光反射面を有する複数のミラー部と；これらのミラー部の角度非可変部をそれぞれ保持する保持部と；前記ミラー部のそれぞれに対向した位置に偏在して設けられた複数の電極と；前記ミラー部と前記電極との間に印加される電圧によって引き起こされる、前記ミラー部の角度可変部の変形動作において、その変形量を前記複数のミラー部間で互いに異ならせる手段と；を有する、反射方向可変ミラー装置に係わり、また、前記反射方向可変ミラー装置の製造方法であって、基体上に前記電極を形成する工程と、前記基体上に犠牲層を形成する工程と、前記犠牲層のうち前記保持部の形状に対応した部分を選択的に除去する工程と、前記除去部分を前記保持部の構成材料で充填する工程と、この充填状態で前記犠牲層を含む表面に前記ミラー部を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程とを行う、反射方向可変ミラー装置の製造方法に係わるものである。
【００１４】
更に、本発明は、前記反射方向可変ミラー装置と、この反射方向可変ミラー装置の前記角度可変な光反射面に入射光を導く光入射手段と、前記電圧の印加によって変化する前記角度可変な光反射面からの反射光を受光する受光手段とからなる、光路可変装置にも係わるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の反射方向可変ミラー装置によれば、前記角度可変な光反射面の角度変化は、前記ミラー部と前記電極との間に印加される電圧によって前記ミラー部の角度可変部自体が変形動作することによって行われ、前記ミラー部の保持部及び前記ミラー部の角度非可変部が変形することはない。前記ミラー部の角度可変部は、変形可能なように薄膜状に形成できるから、運動部分の質量が小さく、高速に動作させることが可能で、光反射面の角度を変化させるのに要する応答時間が短くなる。或いは、応答時間が従来と同程度でよい場合には、より低電圧で駆動することが可能になる。
【００１６】
また、光反射が前記複数のミラー部によって行われるので、光反射が１つのミラー部によって行われる反射方向可変ミラー装置に比べて、装置全体としての光反射部の面積は減少させずに、１つ１つの前記ミラー部を細幅化、軽量化することができ、受光できる入射光量を損なわずに、更に高速な動作を実現することができる。或いは、動作速度が同じでよければ、更に低電圧で駆動することができる。
【００１７】
また、前記複数のミラー部の角度可変部の変形動作において、その変形量を前記複数のミラー部間で互いに異ならせる手段を有しているので、前記複数のミラー部によって反射される光を集光したり、拡散させたり、散乱させるなどの様々な効果を付加することができ、しかもその効果を必要に応じて随時制御できるようにすることもできる。
【００１８】
本発明の光路可変装置は、光が伝播する光路の切り替えに前記反射方向可変ミラー装置を用いているので、光路の切り替えに要するスイッチング時間が短い。或いは、スイッチング時間が従来と同程度でよい場合には、より低電圧で駆動することが可能になる。また、前記複数のミラー部によって反射される光を集光するようにすれば、光損失の少ない光路可変装置とすることができる。
【００１９】
また、本発明の反射方向可変ミラー装置の製造方法によれば、従来の半導体技術を用いて前記反射方向可変ミラー装置を作製するので、歩留まりよく、能率的に、信頼性の高い前記反射方向可変ミラー装置を製造することができ、小型化や他の光回路との集積実装が容易である。また、前記犠牲層を利用することで、容易に確実に前記ミラー部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の反射方向可変ミラー装置、並びに光路可変装置に入射される光は、特に限定されるものではないが、例えば、半導体レーザ光等のレーザ光を挙げることができる。
【００２１】
本発明の反射方向可変ミラー装置において、光反射は前記複数のミラー部によって行われる（以下、個々の前記ミラー部をミラー部全体と特に区別したいとき、単位ミラー部と呼ぶことにする。）。この単位ミラー部は、略長方形の形状を有し、その長手方向の両端部が前記保持部によって基体上に固定されていて、前記単位ミラー部の幅方向の一辺側に偏った位置に対向して、前記単位ミラー部ごとに前記電極が設けられているのがよい。
【００２２】
その理由は、次の通りである。前記単位ミラー部が薄膜状で、前記略長方形の形状を有し、前記長手方向の両端部で保持されている場合、前記単位ミラー部は、その長手方向の中央部が多少垂下し、適度なたるみをもって前記保持部間に橋かけされた状態で保持される。前記単位ミラー部と前記電極との間に印加される電圧によって、前記単位ミラー部の角度可変部が変形動作するためには、前記単位ミラー部が適度なたるみをもっていることが重要である。そのため、前記略長方形は、長辺と短辺との長さの比が１０：１程度の細長い形状であるのがよい。
【００２３】
そして、ミラー部全体では、このような前記略長方形の形状を有する複数の前記単位ミラー部が、その幅方向に並置されているのがよい。このようにすると、光反射が前記複数のミラー部によって行われるので、光反射が１つのミラー部によって行われる反射方向可変ミラー装置と比べて、装置全体としての光反射部の面積は減少させずに、１つ１つの前記ミラー部を細幅化、軽量化することができる。この結果、受光できる入射光量を損なわずに、更に高速な動作を実現することができる。或いは、動作速度が同じでよければ、更に低電圧で駆動することができる。
【００２４】
このような状態で、前記単位ミラー部の角度可変部の変形動作において、その変形量を複数の前記単位ミラー部間で互いに異ならせる手段としては、様々な手段が考えられるが、前記略長方形の前記長辺の長さを前記単位ミラー部ごとに互いに異なるようにするのが、最も単純でよい。前記長辺の長さが長いほど、たるみが大きくなり、前記変形量が大きくなる。
【００２５】
この際、前記複数の単位ミラー部の長辺の長さが、並置方向において徐々に減少していくようにするのがよい。このようにすると、前記光反射面の角度が、前記並置方向において前記単位ミラー部ごとに徐々に変化していくので、凹面鏡と同様に、前記複数の単位ミラー部によって反射される光を集光することができ、これを前記光路可変装置に用いれば、光損失の少ない光路可変装置とすることができる。
【００２６】
前記変形量を複数の前記単位ミラー部間で互いに異ならせるその他の手段としては、印加する電圧を前記単位ミラー部ごとに違えるのも、有効な方法である。この場合には、印加する前記電圧を制御することによって、前記複数の単位ミラー部によって反射される光を集光したり、拡散させたり、散乱させるなど、様々な作用を必要に応じて随時発揮させることができる。
【００２７】
また、前記単位ミラー部の幅方向の両辺側に偏った位置に対向して前記電極がそれぞれ設けられているのもよい。前記単位ミラー部ごとに電極を２箇所に設ける反射方向可変ミラー装置では、電圧を印加する電極の選択によって、反射波の進む方向を、電極が１つの反射方向可変ミラー装置に比べて２倍大きな角度で変化させることができ、光導波路とより接近させて配置することで、よりコンパクトで光損失の少ない前記光路可変装置を形成することができる。また、反射方向に関して３つの状態を選択できることも、前記単位ミラー部ごとに電極を２箇所に設けた反射方向可変ミラー装置の特徴である。
【００２８】
また、前記ミラー部が、導電性薄膜からなり、かつ少なくとも前記角度可変部に前記光反射面を有するのがよい。
【００２９】
本発明の反射方向可変ミラー装置の製造方法において、前記犠牲層を含む全面に前記ミラー部の構成材料を被着した後にパターニングして前記ミラー部を形成し、更に前記犠牲層を溶解除去するのがよい。また、前記犠牲層を感光性樹脂によって形成するのがよい。前記犠牲層の材料として前記感光性樹脂を用いると、塗布等の方法で容易に前記犠牲層を形成することができ、露光と現像によって容易にパターニングすることができ、また前記ミラー部が成されて不要になった前記犠牲層を溶解除去等で前記ミラー部を損なうことなく容易に除去でき、低コストで前記反射方向可変ミラー装置を製造することができる。
【００３０】
本発明の光路可変装置において、前記光入射手段が第１の光導波路によって構成されており、前記受光手段が第２の光導波路によって構成されているのがよい。前記第１の光導波路の光出射端面が傾斜反射面であり、前記傾斜反射面で反射した光が前記第１の光導波路の側面から前記ミラー部へ出射されるのがよい。また、前記第２の光導波路の光入射端面が傾斜反射面であり、前記第２の光導波路の側面から入射した光が前記傾斜反射面で反射されて前記第２の光導波路内に導かれるのがよい。
【００３１】
また、前記光路可変装置の構成としては、前記第１の光導波路と前記第２の光導波路とが前記端面において対向して配置され、前記第１の光導波路から前記ミラー部へ光が入射され、前記電圧の無印加時には前記第１の光導波路が前記ミラー部からの反射光を受光し、前記電圧の印加時には前記第２の光導波路が前記反射光を受光する構成とするのがよい。
【００３２】
また、他の前記光路可変装置の構成として、前記光入射手段が第３の光導波路によって構成され、この第３の光導波路に隣接して、前記ミラー部からの反射光を受光する第４及び第５の光導波路が配置されているのもよい。この際、前記第３の光導波路、前記第４の光導波路及び前記第５の光導波路が、いずれも傾斜反射面を有していて、この傾斜反射面において互いに対向して配置され、前記第３の光導波路から前記ミラー部へ入射した光が、前記ミラー部の幅方向の両辺側に偏った位置に対向してそれぞれ設けられた前記電極への電圧の選択的印加によって、前記第４の光導波路と前記第５の光導波路とのいずれかの傾斜反射面に入射するように構成されているのがよい。
【００３３】
前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路への光の出し入れは、前記傾斜反射面での反射を利用して側面から行うのが好都合である。この際、凸レンズ等の集光手段を設けると、前記傾斜反射面から出射する、又は前記傾斜反射面に入射する光の広がりが抑えられ、空間を伝播する際に生じる光損失が低減されるので、望ましい。前記凸レンズは、前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路の光出射面又は光入射面に設けるのが、効果的であり、好都合でもある。なお、別途鏡等を設ければ、前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路の端面が前記傾斜反射面である必要はない。
【００３４】
前記光導波路の側面に前記レンズを設ける方法としては、有機材料等の熱変形等によって直接が作り付ける方法がある。また、前記凸レンズ作製の際の加熱等による前記光導波路への悪影響を避けるためには、前記光導波路とは別に前記凸レンズを、使用波長に対して透明な基板上に形成し、この基板を前記光出射面又は前記光入射面に接着等により固定するのがよい。
【００３５】
前記光導波路の側面に前記レンズを設ける方法としては、有機材料等の表面張力や熱変形等を利用して直接作り付ける方法もあるが、前記凸レンズ作製の際の加熱等による前記光導波路への悪影響を避けるためには、前記光導波路とは別に前記凸レンズを、使用波長に対して透明な基板上に形成し、この基板を前記光出射面又は前記光入射面に接着等により固定するのがよい。
【００３６】
前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路は有機材料からなるのがよい。光導波路の材料として有機材料を用いることで、従来の石英系光導波路を用いる場合にくらべて光導波路作製プロセスを簡易化できる。例えば、ＵＶ（紫外線）硬化型有機材料を用いると、スピンコート等による成膜や、フォトリソグラフィーによるコア加工が可能であり、石英系光導波路のようなＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長法）またはＦＨＤ（Flame Hydrolysis Deposition；火炎堆積法）等による成膜や、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング法）によるコア加工が必要ではなくなり、安価な設備投資と低い製造コストで、前記第１、第２、第３、第４又は第５の光導波路を作製することが可能になる。
【００３７】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面参照下に詳細に説明するが、本発明は下記の例に何ら限定されるものではない。
【００３８】
実施の形態１
＜反射方向可変ミラー装置および光路可変装置＞
図１は、実施の形態１に基づく反射方向可変ミラー装置１０の斜視図であり、図２（ａ）はその上面図で、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
【００３９】
反射方向可変ミラー装置１０は、主として、基板１と、角度可変部４に光反射面３を有する略長方形の単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）と、この単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）の角度非可変部５を長手方向の両端部にて保持して基板１の上方に固定する保持部６と、それぞれ、単位ミラー部２の幅方向の一辺側（図の右辺側）に対向した位置に偏在して基板１の上に設けられた電極７（７ａ〜７ｅ）で構成されている。
【００４０】
図１及び図２では、５つの単位ミラー部２ａ〜２ｅを幅方向に並置した例を示しているが、単位ミラー部の個数は特に限定されず、複数であればよい。また、同図では、単位ミラー部２ａ〜２ｅごとに保持部６が設けられた場合を示しているが、保持部６は一体に形成されていてもよい。
【００４１】
単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）は、厚さが例えば数μｍの薄膜である。上記の例のようにミラー部を５つの単位ミラー部２ａ〜２ｅに分割した場合、光反射が１つのミラー部によって行われる反射方向可変ミラー装置と比べて、その幅は五分の一程度でよい。従って、光反射が１つのミラー部によって行われる場合のミラー部の大きさが、例えば５００μｍ×５０μｍの長方形であるとすると、単位ミラー部２ａ〜２ｅの幅は１０μｍ程度である。また、長辺の長さは、単位ミラー部２ａで５００μｍ程度であり、単位ミラー部２ｂ〜２ｅでは、徐々に短くなる。
【００４２】
基板１は、特に限定されないが、例えばシリコン基板である。単位ミラー部２は、導電性薄膜、例えばアルミニウム等の金属薄膜からなり、かつ少なくとも角度可変部４に光反射面３を有するものである。金属薄膜の表面には酸化防止のため、例えば金等を薄く蒸着してもよい。電極７（７ａ〜７ｅ）は、特に限定されるものではないが、例えばチタン層の上に金層が積層されているものがよい。
【００４３】
印加電圧の有無によるミラー部の動作説明として、まず、単位ミラー部２の動作を図３及び図４を用いて説明する。図３は、１つの単位ミラー部２とその周囲の構造を示す斜視図であり、図４（ａ）はその上面図で、図４（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。
【００４４】
図４（ｂ−１）に示すように、ミラー部２と電極７との間に電圧が印加されていないときには、光反射面３を含むミラー部２の角度可変部４は図の左右方向に関して均等に保持されているので、光反射面３は水平に保たれている。従って、上方からミラー部２に鉛直に入射する光は、光反射面３に垂直に入射して垂直に反射されることになり、鉛直方向上方に反射される。
【００４５】
一方、図４（ｂ−２）に示すように、ミラー部２と電極７との間に電圧が印加されているときには、電極７がミラー部２に対して図の右辺側に偏在して設けられているので、ミラー部２と電極７との引力がミラー部２の左側に比して右側で強く作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が右下がりに保たれるように変形する。このため、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、光反射面３に斜めに入射することになり、右方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。
【００４６】
上記の例のように、ミラー部２と電極７との間に印加する電圧の有無によって、反射光の進む方向を２θだけ変化させることができる。例えば、θが１５°であるとすると、反射光の進む方向を３０°変化させることができる。
【００４７】
次に、図２（ｂ）を用いて、ミラー部全体の動作を説明する。この場合も、基本的な動作は同じである。即ち、図２（ｂ−１）に示すように、ミラー部２と電極７との間に電圧が印加されていないときには、光反射面３を含むミラー部２の角度可変部４は図の左右方向に関して均等に保持されているので、光反射面３は水平に保たれている。従って、上方からミラー部２に鉛直に入射する光は、光反射面３に垂直に入射して垂直に反射されることになり、鉛直方向上方に反射される。
【００４８】
一方、図２（ｂ−２）に示すように、ミラー部２と電極７との間に電圧が印加されているときには、電極７がミラー部２に対して図の右辺側に偏在して設けられているので、ミラー部２と電極７との引力がミラー部２の左側に比して右側で強く作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が右下がりに保たれるように変形する。このため、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、光反射面３に斜めに入射することになり、右方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。
【００４９】
但し、単位ミラー部２ａ〜２ｅは長辺の長さが異なるので、θは単位ミラー部ごとに異なり、長辺が最も長い単位ミラー部２ａのθa から、長辺が最も短い単位ミラー部２ｅのθe まで、θは徐々に減少する。このため、図２（ｂ−２）の下部に示すように、ミラー部２ａ〜２ｅ全体は１つの凹面鏡のように作用し、反射した光を１点に集光することができる。
【００５０】
図５（ａ）及び（ｂ）は、本実施の形態に基づく光路可変装置２０の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）である。光路可変装置２０は、主として、前述の反射方向可変ミラー装置１０と、そのミラー部２の角度可変部４の光反射面３に入射光を導く光入射手段である第１の光導波路１１と、電圧の印加時に光反射面３から右方向に反射される光を受光する受光手段である第２の光導波路１３とからなり、例えばシリコン等からなる支持基板１７の上に実装されている。
【００５１】
第１の光導波路１１と第２の光導波路１３とは、傾斜反射面であるそれぞれの端面１２と１４において対向して配置されている。なお、電圧の無印加時には、第１の光導波路１１は、光反射面３からの反射光を受光する受光手段としても機能する。この際、この反射光はサーキュレーター１８によって入射光と分離される。
【００５２】
第１の光導波路１１及び第２の光導波路１３は、例えばアクリル系有機溶剤を用いて作製され、コアとクラッドの比屈折率差Δｎが０．８％のマルチモード導波路であり、導波路のコア１１ａ及び１３ａの断面の形状は、それぞれ大きさ４０μｍ×４０μｍの正方形である。
【００５３】
図６は、光路可変装置２０が、電圧印加の有無によって、第１の光導波路１１から入射された光を、第１の光導波路１１或いは第２の光導波路１３へ光路を切り替えて出射する動作を説明する説明図である。
【００５４】
第１の光導波路１１の端面１２の傾斜反射面は、水平方向に対し４５°の傾斜をもつように形成されている。このため、図６（ａ）に示すように、第１の光導波路１１のコア１１ａを右方向へ伝播してきて水平に傾斜反射面１２に入射する光は、ここで鉛直下方に反射され、第１の光導波路１１の側面から反射方向可変ミラー装置１０の光反射面３へ送られる。
【００５５】
電圧の無印加時には、光反射面３は水平に保たれているので、光反射面３へ送られた光は光反射面３によって鉛直上方に反射され、元の光路を辿って第１の光導波路１１の側面から再び第１の光導波路１１内に入射し、再び傾斜反射面１２で反射されて水平方向に向きを変え、第１の光導波路１１のコア１１ａを左方向へ伝播していく。この後、反射光は前述したサーキュレーター１８によって入射光と分離される。
【００５６】
電圧の印加時には、前述したように光反射面３は水平方向に対し角度θだけ右下がりに傾いて保持されているので、光反射面３へ送られた光は、光反射面３によって鉛直上方から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射され、第２の光導波路１３の側面に向けて送られる。側面から第２の光導波路１３内に入った光は、第２の光導波路１３の光入射端面１４で反射され、第２の光導波路１３のコア１３ａ内に導かれる。
【００５７】
実際には光導波路を進む光の方向は様々であるから、端面１２で反射された光は、ある広がりをもちながら、光反射面３へ送られる。この際、単位ミラー部２ａ〜２ｅからなるミラー部の光反射面３は凹面鏡のように機能して、ミラー部に入射して反射された光を集光することができる。これによって光の広がりが抑えられ、空間を伝播する際に生じる光損失が低減され、反射光が効率よくコア１３ａ内に導かれる。
【００５８】
また、光入射端面１４が水平方向に対し（４５°−θ）の傾斜をもつように形成されていると、光入射端面１４で反射された光は、第２の光導波路１３のコア１３ａ内を水平方向に進むことになり、コア１３ａでの損失を最小限に抑えて伝播して行くことができる。従って、例えば、θa 〜θe の平均が１５°である場合には、光入射端面１４が水平方向に対し３０°の傾斜をもつように形成するのがよい。
【００５９】
このように、本実施の形態に基づく反射方向可変ミラー装置１０を備えた光路可変装置２０では、電極７への電圧の印加の有無によって、ミラー部２の角度可変部４を変形させることで、光が出射される光路が、第１の光導波路１１と第２の光導波路１３とのいずれかに切り替えられる。
【００６０】
このとき、角度可変部４は、厚さ数μｍ〜数十μｍの薄いアルミニウム等の薄膜で形成されているため、運動部分の質量が小さく、高速に動作させることが可能で、光反射面３の角度を変化させるのに要する応答時間を短くできる。例えば、１ｍｓ以下の応答時間を達成することができ、従来の光スイッチの応答速度が数ｍｓ程度であるのに比べて、著しく短縮される。また、速度を従来と同じとする場合には、より低電圧で駆動することができる。
【００６１】
更に、反射方向可変ミラー装置が複数の単位ミラー部で構成されているので、装置全体としての光反射部の面積は減少させずに、１つ１つの単位ミラー部を細幅化、軽量化することができ、受光できる入射光量を損なわずに、より高速な動作を実現することができる。或いは、動作速度が同じでよければ、より低電圧で駆動することもできる。
【００６２】
その上、並置された複数の単位ミラー部は、徐々に長さが変わっていることから、個々の単位ミラー部の電極に同じ電圧を印加しても各単位ミラー部の角度は徐々に変化していき、単位ミラー部全体は、凹面鏡の一部と類似した形状になる。従って、光導波路から広がりながら送られてくる光を、集光しながら反射して光導波路に戻すことができ、光路可変装置２０は、後述する比較例に基づく光路可変装置７０に比べ、光損失の少ない光路可変装置とすることができる。
【００６３】
＜比較例＞
図１６は、本発明の比較例に基づく反射方向可変ミラー装置６０の斜視図であり、図１７（ａ）はその上面図であり、図１７（ｂ）はそのＥ−Ｅ断面図である。
【００６４】
反射方向可変ミラー装置６０は、本実施の形態に基づく反射方向可変ミラー装置１０とほぼ同じ構造を有し、ミラー部５２は、複数個の略長方形の単位ミラー部５２ａ〜５２ｅによって構成されているが、これらの略長方形の長辺の長さがすべて等しいという点でのみ、本実施の形態に基づく反射方向可変ミラー装置１０と異なっている。
【００６５】
単位ミラー部５２ａ〜５２ｅは、互いに同一の構造を有するため、電圧印加時における変形量θは同じになる。従って、図１７（ｂ−２）に示すように、電圧印加時に単位ミラー部５２ａ〜５２ｅに鉛直上方から入射した光は、一様に鉛直上方から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。この例のように、反射方向可変ミラー装置６０には、ミラー部に入射して反射される光を集光する特性はない。
【００６６】
図１８（ａ）及び（ｂ）は、本比較例に基づく光路可変装置７０の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）である。光路可変装置７０は、反射方向可変ミラー装置１０の代わりに反射方向可変ミラー装置６０が用いられていることを除けば、光路可変装置２０と同等に構成されている。図１９は、光路可変装置７０が、電圧印加の有無によって、第１の光導波路１１から入射された光を、第１の光導波路１１或いは第２の光導波路１３へ光路を切り替えて出射する動作を説明する説明図である。
【００６７】
光路可変装置７０では、光路可変装置２０と同様、第１の光導波路１１の端面１２の傾斜反射面は、水平方向に対し４５°の傾斜をもつように形成されているから、第１の光導波路１１のコア１１ａを右方向へ伝播してきて水平に傾斜反射面１２に入射する光は、ここで鉛直下方に反射され、第１の光導波路１１の側面から反射方向可変ミラー装置６０の光反射面５３へ送られる。
【００６８】
電圧の無印加時の動作は光路可変装置２０と同じであり、光反射面５３へ送られた光は光反射面５３によって鉛直上方に反射され、元の光路を辿って第１の光導波路１１の側面から再び第１の光導波路１１内に入射し、再び傾斜反射面１２で反射されて水平方向に向きを変え、第１の光導波路１１のコア１１ａを左方向へ伝播していく。この後、反射光は前述したサーキュレーター１８によって入射光と分離される。
【００６９】
電圧の印加時には、光反射面５３へ送られた光は、光反射面５３によって鉛直上方から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射され、第２の光導波路１３の側面に向けて送られる。側面から第２の光導波路１３内に入った光は、第２の光導波路１３の光入射端面１４で反射され、第２の光導波路１３のコア１３ａ内に導かれる。
【００７０】
この際、実際には光導波路を進む光の方向は様々であるから、端面１２で反射された光は、ある広がりをもちながら、光反射面５３へ送られる。反射方向可変ミラー装置１０と異なり、反射方向可変ミラー装置６０には、ミラー部に入射して反射される光を集光する特性はないから、光反射面５３によって反射された光は、更に広がりながら第２の光導波路１３に向けて送られる。この結果、反射された光の一部はクラッドへ入射するなど、空間を伝播する際に生じる光損失が大きくなり、光路可変装置７０は、光路可変装置２０に比べて反射光がコア１３ａ内に導かれる効率が劣っている。
【００７１】
＜反射方向可変ミラー装置の作製＞
図７は、本実施の形態に基づく反射方向可変ミラー装置１０の作製工程を示す断面図（図２（ａ）に示したＸ−Ｘの位置における断面図）である。
【００７２】
まず、例えばシリコン基板等の基板１の上に蒸着やスパッタリング等により、例えばチタン層と金層とを積層して形成する。このチタン層と金層とをフォトリソグラフィーによってパターニングして、図７（ａ）に示すように、電極７を形成する。
【００７３】
次に、電極７の上を含む基板１の上の全面に犠牲層２１を感光性樹脂等によって形成する。保持部６の形状に対応したパターンで犠牲層２１を露光した後、現像して、犠牲層２１のうち保持部６の形状に対応した部分を選択的に除去して、図７（ｂ）に示すように、保持部６を形成する部分の基板１を露出させる。
【００７４】
次に、図７（ｃ）に示すように、除去部分２２を保持部６の構成材料で充填して、保持部６を形成する。保持部６の構成材料は、ミラー部２の構成材料と同じものでよい。例えば、アルミニウムを用いるものとすると、除去部分２２をアルミニウムのスパッタリングや無電界めっきによって埋めることができる。充填後、表面を研削や研磨によって平坦化する。
【００７５】
次に、この充填状態で犠牲層２１を含む表面全面にミラー部２の構成材料を所望の厚さに被着した後、パターニングしてミラー部２を形成する。例えば、ミラー部２の構成材料としてアルミニウムを用いるものとすると、蒸着やスパッタリング等により厚さ数μｍ〜数十μｍの薄膜を形成し、フォトリソグラフィーによってパターニングして、図７（ｄ）に示すように、ミラー部２を形成する。酸化防止のため、アルミニウム薄膜の表面に、例えば金等を薄く蒸着してもよい。
【００７６】
次に、犠牲層を溶解除去して、図７（ｅ）に示すように、反射方向可変ミラー装置１０の作製を終了する。
【００７７】
本実施の形態に基づく反射方向可変ミラー装置１０の製造方法によれば、従来の半導体技術を用いて反射方向可変ミラー装置１０を作製するので、歩留まりよく、能率的に、信頼性の高い反射方向可変ミラー装置１０を製造することができ、小型化や他の光回路との集積実装が容易である（下記の実施の形態４で後述する反射方向可変ミラー装置４０も、同様にして作製することができる。）。
【００７８】
実施の形態２
図８は、本発明の実施の形態２に基づく光路可変装置３０ａの断面図である。光路可変装置３０ａは、前述した光路可変装置２０とほぼ同じ構成を有し、第１の光導波路１１の、光の出射及び光の入射が行われる側面部にフッ素化ポリイミドを用いて凸レンズ３１が形成されていることのみが異なる。
【００７９】
フッ素化ポリイミドからなる凸レンズ３１は、表面張力或いは熱変形等によって簡易に形成することができる。例えば、表面張力を用いる場合には、光導波路側面の所望の位置に凸レンズを構成する有機材料を滴下し、硬化させるだけでレンズが形成される。また、熱による変形を用いる場合には、光導波路側面の所望の位置に凸レンズを構成する有機材料を滴下し、硬化させ、その後、加熱する。この場合、硬化した樹脂が収縮または膨張し、形状が丸みを帯びるため、レンズ作用を得ることができる。
【００８０】
前述したように、第１の光導波路１１の端面１２は水平方向に４５°傾いて形成されているので、第１の光導波路１１のコア１１ａを右方向へ伝播してきて水平に傾斜反射面１２に入射する光は、ここで鉛直下方に反射され、第１の光導波路１１の側面から反射方向可変ミラー装置１０の光反射面３へ送られる。しかし、実際には光の進む方向は様々であるから、端面１２で反射された光は、ある広がりをもちながら、光反射面３へ送られる。この際、第１の光導波路１１の、光の出射及び入射が行われる側面部に凸レンズ３１が設けられていると、出射光はコリメートされ、放射角が狭くなるため、光の広がりが抑えられ、空間を伝播する際に生じる光損失が低減される。
【００８１】
また、電圧の無印加時には、光反射面３は水平に保たれているので、光反射面３へ送られた光は光反射面３によって鉛直上方に反射され、元の光路を辿って第１の光導波路１１の側面から再び第１の光導波路１１内に入射し、再び傾斜反射面１２で反射されて水平方向に向きを変え、第１の光導波路１１のコア１１ａを左方向へ伝播していく。この際、第１の光導波路１１の、光の入射が行われる側面部に凸レンズ３１が設けられていると、入射光はコリメートされ、放射角が狭くなるため、光の広がりが抑えられ、空間を伝播する際に生じる光損失が低減される。
【００８２】
このように、第１の光導波路１１の、光の出射及び入射が行われる側面部に凸レンズ３１が設けられている本実施の形態に基づく光路可変装置３０ａは、前述した光路可変装置２０に比べ、光損失の少ない光路可変装置である。
【００８３】
実施の形態３
図９は、本発明の実施の形態３に基づく光路可変装置３０ｂの断面図である。光路可変装置３０ｂは、前述した光路可変装置２０及び３０ａとほぼ同じ構成を有し、第１の光導波路１１の、光の出射及び光の入射が行われる側面部に透明基板３３の上に形成されたフッ素化ポリイミドからなる凸レンズ３２が固定されていることのみが異なる。透明基板３３としては薄いパイレックス（登録商標）ガラス等を用いることができる。
【００８４】
第１の光導波路１１の、光の出射及び入射が行われる側面部に凸レンズ３２が設けられているため、本実施の形態に基づく光路可変装置３０ｂが、前述した光路可変装置２０に比べ、光の損失を抑えることができる低損失化の効果は、前述の光路可変装置３０ａと同じである。
【００８５】
本実施の形態では、レンズ３２を透明基板３３の上に別途作製し、これを透明基板３３ごと第１の光導波路１１の側面に実装することにより、光導波路に直接レンズを作製する場合よりも自由度の大きいプロセスでレンズ形成を行うことができる利点がある。例えば有機溶剤の、加熱による収縮でレンズを形成する場合、耐熱性の低い光導波路に直接形成することは難しいが、別の耐熱性の高い透明基板上でレンズを形成しておき、後から光導波路側面に透明基板ごと貼り付けることで簡易にレンズを設けることができる。
【００８６】
実施の形態４
図１０は、実施の形態４に基づく反射方向可変ミラー装置４０の斜視図であり、図１１（ａ）はその上面図で、図１１（ｂ）はそのＣ−Ｃ断面図である。
【００８７】
反射方向可変ミラー装置４０は、反射方向可変ミラー装置１０と同様に構成されており、主として、基板１と、角度可変部４に光反射面３を有する略長方形の単位ミラー部２の複数個２ａ〜２ｅと、このミラー部２の角度非可変部５を長手方向の両端部にて保持して基板１の上に固定する保持部６とを有しているが、単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）のそれぞれに、ミラー部２の幅方向の両辺側に偏った位置に対向した基板１の上に、第１電極８（８ａ〜８ｅ）と第２電極９（９ａ〜９ｅ）との２つの電極が偏在して設けられている点のみが異なっている。
【００８８】
本実施の形態では、一例として５つの単位ミラー部２ａ〜２ｅを幅方向に並置した例を説明するが、単位ミラー部の個数は特に限定されず、複数であればよい。
【００８９】
図１０及び図１１では、５つの単位ミラー部２ａ〜２ｅを幅方向に並置した例を示しているが、単位ミラー部の個数は特に限定されず、複数であればよい。また、同図では、単位ミラー部２ａ〜２ｅごとに保持部６が設けられた場合を示しているが、保持部６は一体に形成されていてもよい。
【００９０】
反射方向可変ミラー装置１０と同様に、ミラー部２は、厚さが例えば数μｍの薄膜である。上記の例のようにミラー部を５つの５つの単位ミラー部２ａ〜２ｅに分割した場合、光反射が１つのミラー部によって行われる反射方向可変ミラー装置と比べて、その幅は五分の一程度でよい。従って、光反射が１つのミラー部によって行われる場合のミラー部の大きさが、例えば６００μｍ×５０μｍの長方形であるとすると、単位ミラー部２ａ〜２ｅの幅は１０μｍ程度である。また、長辺の長さは、単位ミラー部２ａで６００μｍ程度であり、単位ミラー部２ｂ〜２ｅでは、徐々に短くなる。
【００９１】
材質等についても反射方向可変ミラー装置１０とほぼ同様であり、基板１は、特に限定されないが、例えばシリコン基板である。単位ミラー部２（２ａ〜２ｅ）は、導電性薄膜、例えばアルミニウム等の金属薄膜からなり、かつ少なくとも角度可変部４に光反射面３を有するものである。金属薄膜の表面には酸化防止のため、例えば金等を薄く蒸着してもよい。第１電極８（８ａ〜８ｅ）と第２電極９（９ａ〜９ｅ）は、特に限定されるものではないが、例えばチタン層の上に金層が積層されているものがよい。
【００９２】
印加電圧の有無による反射方向可変ミラー装置４０のミラー部の動作説明として、まず、単位ミラー部２の動作を図１２及び図１３を用いて説明する。図１２は、１つの単位ミラー部２とその周囲の構造を示す斜視図であり、図１３（ａ）はその上面図であり、図１３（ｂ）はそのＤ−Ｄ断面図である。
【００９３】
図１３（ｂ−１）に示すように、ミラー部２と第１電極８及び第２電極９との間に電圧が印加されていないときには、光反射面３を含むミラー部２の角度可変部４は図の左右方向に関して均等に保持されているので、光反射面３は水平に保たれている。従って、上方からミラー部２に鉛直に入射する光は、光反射面３に垂直に入射して垂直に反射されることになり、鉛直方向上方に反射される。
【００９４】
一方、図１３（ｂ−２）又は（ｂ−３）に示すように、ミラー部２と第１電極８又は第２電極９との間に電圧が印加されているときには、２つの電極８及び９がそれぞれミラー部２に対して図の左辺側及び右辺側に偏在して設けられているので、ミラー部２と電極８又は９との引力がミラー部２に偏って作用する。
【００９５】
即ち、ミラー部２と第１電極８との間に電圧が印加されているときには、ミラー部２の左側に対して強く引力が作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が左下がりに保たれるように変形し、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、左方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ反時計回り方向に傾いた方向に反射される。なお、反射方向可変ミラー装置１０と同様に、単位ミラー部２ａのθa から単位ミラー部２ｅのθe までθは徐々に減少し、ミラー部２ａ〜２ｅ全体は１つの凹面鏡のように作用し、反射した光を１点に集光することができる。
【００９６】
また、ミラー部２と第２電極９との間に電圧が印加されているときには、ミラー部２の右側に対して強く引力が作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が右下がりに保たれるように変形し、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、右方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。ここでも、単位ミラー部２ａのθa から単位ミラー部２ｅのθe までθは徐々に減少し、ミラー部２ａ〜２ｅ全体は１つの凹面鏡のように作用し、反射した光を１点に集光することができる。
【００９７】
上記の例では、第１電極８に電圧を印加する場合と第２電極９に電圧を印加する場合とでは、反射光の進む方向は４θだけ異なっている。この例のように、反射方向可変ミラー装置４０では、電圧を印加する電極の選択によって、反射波の進む方向を４θだけ変化させることができる。これは反射方向可変ミラー装置１０を用いて変化させることのできる角度（２θ）の２倍であり、各単位ミラー部に２つの電極をもつ反射方向可変ミラー装置４０の特徴である。また、反射方向に関して３つの状態を選択できることも、反射方向可変ミラー装置４０の特徴である。
【００９８】
次に、図１１（ｂ）を用いて、ミラー部全体の動作を説明する。この場合も、基本的な動作は同じである。即ち、図１１（ｂ−１）に示すように、ミラー部２と第１電極８及び第２電極９との間に電圧が印加されていないときには、光反射面３を含むミラー部２の角度可変部４は図の左右方向に関して均等に保持されているので、光反射面３は水平に保たれている。従って、上方からミラー部２に鉛直に入射する光は、光反射面３に垂直に入射して垂直に反射されることになり、鉛直方向上方に反射される。
【００９９】
一方、図１１（ｂ−３）に示すように、ミラー部２と第２電極９との間に電圧が印加されているときには、第２電極９がミラー部２に対して図の右辺側に偏在して設けられているので、ミラー部２と第２電極９との引力がミラー部２の左側に比して右側で強く作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が右下がりに保たれるように変形する。このため、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、光反射面３に斜めに入射することになり、右方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。
【０１００】
但し、第２電極９ａ〜９ｅに同じ電圧を印加すると、単位ミラー部２ａ〜２ｅは長辺の長さが異なるので、θは単位ミラー部ごとに異なり、長辺が最も長い単位ミラー部２ａのθa から、長辺が最も短い単位ミラー部２ｅのθe まで、θは徐々に減少する。このため、実施の形態１の反射方向可変ミラー装置１０と同様に、ミラー部２ａ〜２ｅ全体は１つの凹面鏡のように作用し、反射した光を１点に集光することができる。
【０１０１】
一方、図１１（ｂ−２）に示すように、ミラー部２と第１電極８との間に電圧が印加されているときには、第１電極８がミラー部２に対して図の左辺側に偏在して設けられているので、ミラー部２と第１電極８との引力がミラー部２の右側に比して左側で強く作用し、ミラー部２の角度可変部４は光反射面３が左下がりに保たれるように変形する。このため、上方からミラー部２に鉛直下方に入射する光は、光反射面３に斜めに入射することになり、左方向に反射される。このとき、光反射面３が水平方向に対し角度θだけ傾いているとすると、反射光は、鉛直方向から２θだけ時計回り方向に傾いた方向に反射される。
【０１０２】
但し、第１電極８ａ〜８ｅに同じ電圧を印加すると、単位ミラー部２ａ〜２ｅは長辺の長さが異なるのでθは単位ミラー部ごとに異なり、長辺が最も長い単位ミラー部２ａのθa から、長辺が最も短い単位ミラー部２ｅのθe まで、θは徐々に減少する。このためミラー部２ａ〜２ｅ全体は１つの凸面鏡のように作用し、反射した光は広がりを増してしまう。そこで、短い電極ほど大きな電圧を印加し、変形が大きくなるようにしてやれば、図１１（ｂ−２）に示すように、ミラー部２ａ〜２ｅ全体を１つの凹面鏡のように作用させ、反射した光を１点に集光することができる。
【０１０３】
図１４は、実施の形態４に基づく光路可変装置５０の断面図（ａ）と、上面図（ｂ）である。光路可変装置５０は、主として、前述の反射方向可変ミラー装置４０と、ミラー装置４０のミラー部２（２ａ〜２ｅ）の角度可変部４の光反射面３に入射光を導く光入射手段である第３の光導波路４１と、ミラー部２と第１電極８（８ａ〜８ｅ）との間に電圧を印加する時に光反射面３から反射される光を受光する受光手段である第４の光導波路４３と、ミラー部２と第２電極９（９ａ〜９ｅ）との間に電圧を印加する時に光反射面３から反射される光を受光する受光手段である第５の光導波路４５とからなり、例えばシリコン等からなる支持基板１７の上に実装されている。
【０１０４】
第４の光導波路４３と第５の光導波路４５とは、傾斜反射面であるそれぞれの光入射端面４４及び４６において対向して配置されている。この２つの端面４４と４６との間に、第３の光導波路４１の、傾斜反射面である光出射端面４２が直交する向きで挿入されている。
【０１０５】
第３の光導波路４１、第４の光導波路４３及び第５の光導波路４５は、例えばアクリル系有機溶剤を用いて作製されるコアとクラッドの比屈折率差Δｎ＝０．８％のマルチモード導波路であり、導波路のコア４１ａ、４３ａ及び４５ａの断面の形状は、大きさ４０μｍ×４０μｍの正方形である。
【０１０６】
例えば、前述したθが単位ミラー部２ａ〜２ｅの平均で１５°であって、第１電極に電圧を印加した場合と第２電極に電圧を印加した場合とで、光が反射される方向が平均で６０°異なる場合には、第４の光導波路４３の端面４４の傾斜反射面と第５の光導波路４５の端面４６の傾斜反射面とが、いずれも水平方向に対し３０°の傾斜をもつように形成されているのがよい。このようにしておくと、光反射面３で反射された後、端面４４で反射された光は、第４の光導波路４３のコア４３ａ内をほぼ水平方向に進むことになり、かつ、光入射端面４６で反射された光は、第５の光導波路４５のコア４５ａ内をほぼ水平方向に進むことになり、いずれの反射光もコア４３ａ又は４５ａでの損失を最小限に抑えて伝播して行くことができる。
【０１０７】
図１５は、上記のように形成されている場合を例として、光路可変装置５０が、電圧を印加する電極の選択によって、第３の光導波路４１から入射された光を、第４の光導波路４３或いは第５の光導波路４５へ光路を切り替えて出射する動作を説明する説明図である。
【０１０８】
第３の光導波路４１の端面４２の傾斜反射面は、水平方向に対し４５°の傾斜をもつように形成されているので、第３の光導波路４１のコア４１ａを伝播してきて水平に端面４２に入射する光は、鉛直下方に反射され、第３の光導波路４１の側面から反射方向可変ミラー装置４０の光反射面３へ送られる。
【０１０９】
前述したように、第１電極に電圧を印加している時には、光反射面３は水平方向に対して平均で１５°左下がりになるように保持されているとすると、第３の光導波路４１から光反射面３へ送られた光は、光反射面３に平均で１５°の角度で入射することになる。この結果、この光は、鉛直上方から平均で３０°だけ反時計回り方向に傾いた方向に反射され、第４の光導波路４３の側面に向けて送られる。側面から第４の光導波路４３内に入った光は、第４の光導波路４３の光入射端面４４で反射され、第４の光導波路４３のコア４３ａ内に導かれる。この際、光入射端面４４が水平方向に対し３０°の傾斜をもつように形成されているので、光入射端面４４で反射された光は、第４の光導波路４３のコア４３ａ内を主に水平方向に進むことになり、コア４３ａでの損失を最小限に抑えて伝播して行くことができる。
【０１１０】
同様に、第２電極に電圧を印加している時には、光反射面３は水平方向に対して平均で１５°右下がりになるように保持されているとすると、第３の光導波路４１から光反射面３へ送られた光は、光反射面３に平均で１５°の角度で入射することになる。この結果、この光は、鉛直上方から平均で３０°だけ時計回り方向に傾いた方向に反射され、第５の光導波路４５の側面に向けて送られる。側面から第５の光導波路４５内に入った光は、第５の光導波路４５の光入射端面４６で反射され、第５の光導波路４５のコア４５ａ内に導かれる。この際、光入射端面４６が水平方向に対し３０°の傾斜をもつように形成されているので、光入射端面４６で反射された光は、第５の光導波路４５のコア４５ａ内を主に水平方向に進むことになり、コア４５ａでの損失を最小限に抑えて伝播して行くことができる。
【０１１１】
実際には光導波路を進む光の方向は様々であるから、端面１２で反射された光は、ある広がりをもちながら、光反射面３へ送られる。この際、第２電極に電圧を印加する場合には単位ミラー部２ａ〜２ｅの長さの違いによって、第１電極に電圧を印加する場合には印加する電圧の違いによって、単位ミラー部２ａ〜２ｅからなるミラー部の光反射面３は凹面鏡のように機能して、ミラー部に入射して反射された光を集光することができる。これによって図１５に示すように光の広がりが抑えられ、空間を伝播する際に生じる光損失が低減され、反射光が効率よくコア１３ａ内に導かれる。
【０１１２】
このように、本実施の形態に基づく、反射方向可変ミラー装置４０を備えた光路可変装置５０では、電圧を印加する電極の選択によって、ミラー部２の角度可変部４を変形させることで、光が出射される光路が、第４の光導波路４３と第５の光導波路４５とのいずれかに切り替えられる。
【０１１３】
光路可変装置５０が、前述した光路可変装置２０と同様の特徴を有することは言うまでもない。
【０１１４】
即ち、角度可変部４は、厚さ数μｍ〜数十μｍの薄いアルミニウム等の薄膜で形成されているため、高速に動作させることが可能で、応答時間を短くできる。また、速度を従来と同じとする場合には、より低電圧で駆動することができる。
【０１１５】
また、反射方向可変ミラー装置が複数の単位ミラー部で構成されているので、装置全体としての光反射部の面積は減少させずに、１つ１つの単位ミラー部を細幅化、軽量化することができ、受光できる入射光量を損なわずに、より高速な動作を実現することができる。或いは、動作速度が同じでよければ、より低電圧で駆動することもできる。
【０１１６】
また、並置された複数の単位ミラー部は、徐々に長さが変わっていることから、第２電極９に電圧を印加している場合には、個々の単位ミラー部の電極に同じ電圧を印加しても各単位ミラー部の角度は徐々に変化していき、単位ミラー部全体は、凹面鏡の一部と類似した形状になる。従って、光導波路から広がりながら送られてくる光を、集光しながら反射して光導波路に戻すことができる。他方、第２電極８に電圧を印加する場合には、長さが短い単位ミラー部に対向する電極ほど高い電極を印加することにより、凹面鏡と同様に機能させ、光導波路から広がりながら送られてくる光を、集光しながら反射して光導波路に戻すことができる。このようにして、光損失の少ない光路可変装置とすることができる
【０１１７】
それに加えて、本実施の形態に基づく光路可変装置５０では、第１の光導波路が入力導波路と出力導波路とを兼ねていた光路可変装置２０と異なり、入力導波路と出力導波路とが独立しているので、サーキュレーター１８によって入射光と出射光との分離を行う必要がない。
【０１１８】
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの例に何ら限定されるものではなく、発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることは言うまでもない。
【０１１９】
本発明の反射方向可変ミラー装置とは、実施の形態で図示省略した駆動電源をも含めた概念であるから、例えば、比較例で挙げた同じ長さの単位ミラー部２ａ〜２ｅからなる反射方向可変ミラー装置に、単位ミラー部ごとに異なる駆動電圧を印加する手段を設け、単位ミラー部ごとに異なる変形量の変形動作を可能にしたものも本発明の範疇に属する。
【０１２０】
本発明の反射方向可変ミラー装置並びに光路可変装置は、レーザ光を搬送光とする光配線装置等に用いられるが、これら以外にも、ＬＥＤ（発光ダイオード）光のＲＧＢ（赤、緑、青の三原色）合波によるフルカラーディスプレイ等にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の反射方向可変ミラー装置並びに光路可変装置は、電子機器間、電子機器内のボード間又はボード内のチップ間など、種々の箇所に適用可能な光配線において、電気回路におけるスイッチに相当する、複数の光路の中から適切な光路を選択する光路可変装置（光スイッチ）等に好適に用いられ、コンパクトな光伝送・通信システムを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１に基づく、反射方向可変ミラー装置の斜視図である。
【図２】同、反射方向可変ミラー装置の上面図（ａ）とＡ−Ａ断面図（ｂ）である。
【図３】同、単位ミラー部の動作を説明する斜視図である。
【図４】同、単位ミラー部の動作を説明する上面図（ａ）とＢ−Ｂ断面図（ｂ）である。
【図５】同、光路可変装置の断面図（ａ）と上面図（ｂ）である。
【図６】同、光路可変装置の動作説明図である。
【図７】同、反射方向可変ミラー装置の作製工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に基づく、光路可変装置の断面図である。
【図９】本発明の実施の形態３に基づく、光路可変装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に基づく、反射方向可変ミラー装置の斜視図である。
【図１１】同、反射方向可変ミラー装置の上面図（ａ）とＣ−Ｃ断面図（ｂ）である。
【図１２】本発明の実施の形態４に基づく、単位ミラー部の動作を説明する斜視図である。
【図１３】同、単位ミラー部の動作を説明する上面図（ａ）とＤ−Ｄ断面図（ｂ）である。
【図１４】同、光路可変装置の断面図（ａ）と上面図（ｂ）である。
【図１５】同、光路可変装置の動作説明図である。
【図１６】本発明の比較例に基づく、反射方向可変ミラー装置の斜視図である。
【図１７】同、反射方向可変ミラー装置の上面図（ａ）とＥ−Ｅ断面図（ｂ）である。
【図１８】同、光路可変装置の断面図（ａ）と上面図（ｂ）である。
【図１９】同、光路可変装置の動作説明図である。
【図２０】特許文献１に開示されているガルバノミラー型の反射方向可変ミラー装置の平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２１】特許文献２に開示されている光スイッチの斜視図（ａ）と上面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【０１２３】
１…基板、２、２ａ〜２ｅ…単位ミラー部、３…光反射面、４…角度可変部、
５…角度非可変部、６…保持部、７、７ａ〜７ｅ…電極、８…第１電極、９…第２電極、１０…反射方向可変ミラー装置、１１…第１の光導波路、１１ａ…コア、
１２…光出射端面（傾斜反射面）、１３…第２の光導波路、１３ａ…コア、
１４…光入射端面（傾斜反射面）、１７…支持基板、１８…サーキュレーター、
２０…光路可変装置、２１…犠牲層、２２…除去部分、３０ａ、３０ｂ…光路可変装置、３１、３２…凸レンズ、３３…透明基板、４０…反射方向可変ミラー装置、
４１…第３の光導波路、４１ａ…コア、４２…光出射端面（傾斜反射面）、
４３…第４の光導波路、４３ａ…コア、４４…光入射端面（傾斜反射面）、
４５…第５の光導波路、４５ａ…コア、４６…光入射端面（傾斜反射面）、
５０…光路可変装置、５２…ミラー部、５３…光反射面、５４…角度可変部、
５５…角度非可変部、５６…保持部、５７…電極、６０…反射方向可変ミラー装置、
７０…光路可変装置、１００…ガルバノミラー型のミラー装置、１０１…ミラー部、
１０２…光反射面、１０３…トーションバー、１０４…歪みゲージ、１０５…基板、
１０６…基板突起部、１０７、１０８…電極、１１０…光スイッチ、
１１１…コリメータアレイ、１１１Ａ…入力部コリメータアレイ、
１１１Ｂ…出力部コリメータアレイ、１１２…ティルトミラーアレイ、
１１２Ａ…入力部ティルトミラーアレイ、１１２Ｂ…出力部ティルトミラーアレイ、
１１３…シフト型折り返しミラー、１１４…光ファイバアレイ、
１１４Ａ…入力光ファイバアレイ、１１４Ｂ…出力光ファイバアレイ
【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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