(57)【要約】      （修正有）【課題】コリメータアレイと可動ミラーアレイの相対位置合わせを高精度かつ容易に行い、組み立て容易で低損失なモジュールを提供する。【解決手段】コリメータ支持部材上に、第１のマイクロミラーと、第１の窓を備えた第１のミラー基板と、第１のミラー駆動用電極と、第２の窓を備えた第１の電極基板と、第１のスペーサと、第２のマイクロミラーと、第３の窓を備えた第２のミラー基板と、第２のミラー駆動用電極と、第４の窓を備えた第２の電極基板と、第２のスペーサと、ミラー間スペーサとを、それぞれに設置した位置合わせ用貫通に、コリメータ支持部材から突き出したピンを通すようにして、第１の電極基板、第１のスペーサ、第１のミラー基板、ミラー間スペーサ、第２のミラー基板、第２のスペーサ、第２の電極基板の順に積層し、キャップとコリメータ支持基板間で挟んで固定する。【選択図】  図２
2005031388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
第１のミラーを複数備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第１のミラーに対応して設けられた第２のミラーを複数備えた第２のミラー基板と、を備え、
前記コリメータから出たビームが前記第２のミラーで反射された後、前記第１のミラーで反射され、外部へ放射されるよう形成され、
前記第１のミラー基板は前記第２のミラーに至る前のビームが通過する窓を備え、前記第２のミラー基板は前記第１のミラーで反射されたビームが通過する窓を備え、
積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する固定部材を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項２】
請求項１において、前記第１の基板にスペーサを介して積層され、前記第１のミラーを駆動する駆動機構を備えた第１の駆動基板と、
前記第２の基板にスペーサを介して積層され、前記第２のミラーを駆動する駆動機構を備えた第２の駆動基板と、を備え、
前記第１の駆動基板と前記第２の駆動基板は、前記固定部材により積層方向に貫通されて配置されることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項３】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
第１のミラーと第１の窓を複数備えた第１のミラー基板と、前記第１のミラーを駆動する駆動機構と第２の窓を備えた第１の駆動基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、第２のミラーと第３の窓を複数備えた第２のミラー基板と、前記第２のミラーを駆動する駆動機構と第４の窓を備えた第２の駆動基板と、を備え、
前記コリメータから出たビームは第２の窓から第１の窓を経て前記第２のミラーで反射し、前記第２のミラーで反射したビームが第１のミラーに放射され、前記第１のミラーで反射したビームが前記第３の窓から第４の窓を経て外部に放射されるよう形成され、
積層された前記第１のミラー基板及び第１の駆動基板と前記第２のミラー基板及び第２の駆動基板とを積層方向に貫通する固定部材を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項４】
請求項１において、前記第１のミラーは第１の方向を軸として回転し、前記第２のミラーは前記第１の方向と異なる第２の方向を軸として回転する機構を備えることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項５】
請求項１において、前記固定部材に貫通されて前記積層された複数の基板を前記コリメータ支持基板に押付ける加圧機構を備えることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項６】
請求項１において、前記コリメータのビームが射出する側の先端の一部が、前記コリメータ支持部材の前記第１のミラー基板側表面よりも前記第１のミラー基板側に突出して配置される領域を有することを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項７】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
第１のミラーと第１の窓を複数備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、第２のミラーと第２の窓を複数備えた第２のミラー基板と、
前記コリメータから出たビームは第１の窓を経て前記第２のミラーで反射し、前記第２のミラーで反射したビームが第１のミラーに放射され、前記第１のミラーで反射したビームが前記第２の窓を経て外部に放射されるよう形成され、
前記第１の基板或は前記第２の基板には、前記基板に形成されたミラーを駆動する駆動機構を備え、
積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する固定部材を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項８】
請求項７において、前記駆動機構は少なくとも前記基板に形成されたミラーを支持するミラー支持部に備えたことを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項９】
請求項７において、前記ミラー支持部には、ミラーを第１の方向に駆動する第１の駆動機構とミラーを第２の方向に駆動する第２の駆動機構を備えることを特徴とするビームダイレクションモジュール。
【請求項１０】
請求項７において、圧電素子により駆動する前記駆動機構を備えたことを特徴としたビームダイレクションモジュール。
【請求項１１】
請求項７において、電磁力により駆動する前記駆動機構を備えたことを特徴としたビームダイレクションモジュール。
【請求項１２】
第１の複数の光ファイバが連結された第１のビームダイレクションモジュールと、
前記第１のビームダイレクションモジュールに対応して形成され、第２の複数の光ファイバが連結された第２のビームダイレクションモジュールと、を備え、
前記第１の複数の光ファイバの内の一つの光ファイバから入力されたビームが前記第１のビームダイレクションモジュールから前記第２のビームダイレクションモジュールを経て第２の複数の光ファイバの内から選択された光ファイバに出力され、
前記第１のビームダイレクションモジュール或は前記第２のビームダイレクションモジュールは請求項１のビームダイレクションモジュールを備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】
光ファイバに連絡する第１のコリメータレンズを複数備えた第１のコリメータ支持部材と、
第１のミラーを複数備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記第１のコリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第１のミラーに対応して設けられた第２のミラーを複数備えた第２のミラー基板と、を備え、
前記第１のコリメータから出たビームが前記第２のミラーで反射された後、前記第１のミラーで反射され、外部へ放射されるよう形成され、
前記第１のミラー基板は前記第２のミラーに至る前のビームが通過する窓を備え、前記第２のミラー基板は前記第１のミラーで反射されたビームが通過する窓を備え、
積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する第１の固定部材を備え、
前記第１の固定部材は前記第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成される第１のビームダイレクションモジュールと、
前記第１のビームダイレクションモジュールが第３の固定部材により固定されるベース材と、
前記ベース材に第４の固定部材により固定され、
光ファイバに連絡する第２のコリメータレンズを複数備えた第２のコリメータ支持部材と、
第３のミラーを複数備えた第３のミラー基板と、
前記第３のミラー基板の前記第１のコリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第３のミラーに対応して設けられた第４のミラーを複数備えた第４のミラー基板と、を備え、
前記第１のビームダイレクションモジュールからのビームが前記第３のミラーで反射された後、前記第４のミラーで反射され、選択された前記第２のコリメータレンズへ放射されるよう形成され、
前記第３のミラー基板は前記第４のミラーを経たビームが通過する窓を備え、前記第４のミラー基板は前記第３のミラーに照射される前のビームが通過する窓を備え、
積層された前記第３のミラー基板と前記第４のミラー基板とを積層方向に貫通する第２の固定部材を備え、
前記第２の固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成される第２のビームダイレクションモジュールと、を有することを特徴とする光スイッチ。
【請求項１４】
請求項１３において、前記第１のビームダイレクションモジュールは第１の支持部材を介して前記ベース材に固定され、前記第２のビームダイレクションモジュールは第２の支持部材を介して前記ベース材に固定され、
前記第１のビームダイレクションモジュールは第５の固定部材により前記第１の支持部材に固定され、前記第１の支持部材は前記第３の固定部材により前記ベース材に固定され、
前記第２のビームダイレクションモジュールは第６の固定部材により前記第２の支持部材に固定され、前記第２の支持部材は前記第４の固定部材により前記ベース材に固定されるよう形成されることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１５】
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
複数のミラーと窓を備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記ミラーに対応して設けられた複数のミラーと窓を備えた第２のミラー基板と、積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する第１の固定部材を備え、
前記第１の固定部材は前記第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成されるビームダイレクションモジュールと、
前記ビームダイレクションモジュールが第２固定部材により固定されるベース材と、
前記ベース材に第２の固定部材により固定される固定ミラーと、を備え、
第１のコリメータレンズから出たビームが前記第１のミラー基板の窓を通過して前記第２のミラー基板の第２のミラーで反射された後、前記第１のミラー基板の第１のミラーで反射され、前記第２のミラー基板の窓を経て前記固定ミラーへ放射されるよう形成され、
前記固定ミラーで反射したビームが、前記第２のミラー基板の窓を通過して前記第１の基板の第３のミラーでで反射された後、前記第２のミラー基板の第４のミラーで反射され、前記第１のミラー基板の窓を通過して選択された第２のコリメータレンズに導入されるよう形成されることを有することを特徴とする光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光ビームの方向をミラーにより制御するビームダイレクションモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
光ファイバを用いた光通信においては、Ｎ×Ｎの光スイッチ、すなわち、Ｎ個の入力ポートに光ファイバを通して送られてきた光信号のうちの任意の１つを、Ｎ個の出力ポートのうちの１つに接続でき、これらの接続を切替えることのできる装置が用いられる。
【０００３】
三次元（あるいは空間型）光マトリクススイッチと呼ばれるスイッチの一般的な構成では、光信号を光ビームにして空間に射出するためのコリメータを複数アレイ状に配列したコリメータアレイと、通常ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて製造される複数の可動マイクロミラーをアレイ状に配列したマイクロミラーアレイの組を、入力側と出力側にそれぞれ配置する。入力側のコリメータから出たビームは、２つのマイクロミラーにより方向を制御され、出力側の任意のコリメータに導かれる。
【０００４】
ファイバアレイ、レンズアレイと、ＭＥＭＳ技術で製作された可動ミラーアレイをパッシブアライメントで組み立てた光スイッチに関して米国特許第６５０４９６７号に記載がある。
【特許文献１】
米国特許第６５０４９６７号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記一般的な光マトリクススイッチ構造では、低損失な光結合を達成するためには、コリメータアレイから射出される全チャンネルの光ビームが、全てマイクロミラーアレイの対応するマイクロミラーに正しく入射するように、コリメータアレイとマイクロミラーアレイを位置合わせして固定する必要がある。
【０００６】
上記従来の光スイッチの構成においては、レンズアレイと可動ミラーアレイは互いに斜めの姿勢で設置され、また、ミラーで反射したビームにレンズアレイが干渉しないように、互いに離れて設置される必要がある。レンズアレイから射出される各ビームは、それぞれ独立にある程度の角度ずれを持つと考えられるため、レンズとミラー間の距離が長いほど、全てのビームを正しくミラーに入射させるために、レンズアレイの組立精度とレンズアレイと可動ミラーアレイの位置合わせ精度への要求が高くなる。また、レンズアレイと可動ミラーアレイが斜めであることから、例えば可動ミラーアレイに形成されるパッシブアライメント用の穴を斜めに加工する必要があり、その角度精度や、パッシブアライメント把持部品のレンズアレイおよび可動ミラーアレイと接する面の相対角度精度などへの要求も高くなり、高い位置合わせ精度や、固定後の高い安定性を得ることが難しいと考えられる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記のような課題を克服し、コリメータアレイと可動ミラーアレイの相対位置合わせを高精度かつ容易に行い、組み立て容易で低損失な光マトリクススイッチを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、例えば以下の構成を有する。
（１）光ビームの方向を制御できるビームダイレクションモジュールを以下のように構成する。
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
第１のミラーを複数備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第１のミラーに対応して設けられた第２のミラーを複数備えた第２のミラー基板と、を備え、
前記コリメータから出たビームが前記第２のミラーで反射された後、前記第１のミラーで反射され、外部へ放射されるよう形成され、
前記第１のミラー基板は前記第２のミラーに至る前のビームが通過する窓を備え、前記第２のミラー基板は前記第１のミラーで反射されたビームが通過する窓備え、
積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する固定部材を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュールである。
（２）また、具体的構造例としては以下のように形成することができる。
前記コリメータ支持部材と、前記第１のミラー基板と、前記第１のミラーを駆動する駆動機構と第２の窓を備えた第１の駆動基板と、前記第２のミラー基板と、前記第２のミラーを駆動する駆動機構と第４の窓を備えた第２の駆動基板と、を備え、
前記コリメータから出たビームは第２の窓から第１の窓を経て前記第２のミラーで反射し、前記第２のミラーで反射したビームが第１のミラーに放射され、前記第１のミラーで反射したビームが前記第３の窓から第４の窓を経て外部に放射されるよう形成され、
積層された前記第１のミラー基板及び第１の駆動基板と前記第２のミラー基板及び第２の駆動基板とを積層方向に貫通する固定部材を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュールである。
【０００９】
また、他の具体構成として、以下のような形態であることもできる。
光ビームの方向を制御できるビームダイレクションモジュールであって、ビームを出すコリメータを支持するコリメータ支持部材と、第１のミラーとしての第１のマイクロミラーと、ビームが通過できる第１の窓を備えた第１のミラー基板と、前記第１のマイクロミラー駆動用の駆動機構として第１のミラー駆動用電極と、ビームが通過できる第２の窓を備えた第１の駆動基板としての第１の電極基板と、第１のミラー基板と第１の電極基板の間に介在する第１のスペーサと、
第２のマイクロミラーと、ビームが通過できる第３の窓を備えた第２のミラー基板と、前記第２のマイクロミラー駆動用の第２のミラー駆動用電極と、ビームが通過できる第４の窓を備えた第２の電極基板と、第２のミラー基板と第２の電極基板の間に介在する第２のスペーサと、ミラー間スペーサと、を備え、
前記コリメータ支持部材上に、前記第１の電極基板、前記第１のスペーサ、前記第１のミラー基板、前記ミラー間スペーサ、前記第２のミラー基板、前記第２のスペーサ、前記第２の電極基板の順に、上記各部材に形成した位置合わせ用貫通孔に、前記コリメータ支持部材から突き出した固定部材である位置合わせ用ピンを通すように積層して構成したビームダイレクションモジュールである。
【００１０】
または、更に、前記固定部材に貫通されて前記積層された複数の基板を前記コリメータ支持基板に押付ける加圧機構を備える。
【００１１】
具体的には、例えば、固定部材端と前記第２の電極基板との間に介在するバネを備える。或は、前記コリメータ支持部材に支持され、前記固定部材に貫通された前記基板を前記コリメータ支持部材側に加圧する機構を有する押さえ部材を備える。更に前記押さえ部材の一部の領域と前記第２の電極基板との間に介在するバネを備えることができる。
【００１２】
または、更に、前記（１）において、前記コリメータのビームが射出する側の先端の一部が、前記コリメータ支持部材の前記第１のミラー基板側表面よりも前記第１のミラー基板側に突出して配置される領域を有する形態とすることができる。
（３）また、前記ミラーが形成された基板にミラー駆動機構を備える形態にすることもできる。具体的には以下の構成を有することができる。
光ファイバに連絡するコリメータレンズを複数備えたコリメータ支持部材と、
第１のミラーと第１の窓を複数備えた第１のミラー基板と、
前記第１のミラー基板の前記コリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、第２のミラーと第２の窓を複数備えた第２のミラー基板と、
前記コリメータから出たビームは第１窓を経て前記第２のミラーで反射し、前記第２のミラーで反射したビームが第１のミラーに放射され、前記第１のミラーで反射したビームが前記第２の窓を経て外部に放射されるよう形成され、
前記第１の基板或は前記第２の基板には、前記基板に形成されたミラーを駆動する駆動機構を備え、
積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する固定部を備え、
前記固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成されることを特徴とするビームダイレクションモジュールである。
【００１３】
または、更に、（３）の形態を詳述すると、前記駆動機構は少なくとも前記基板に形成されたミラーを支持するミラー支持部に備えることができる。
【００１４】
または、光ビームの方向を制御できるビームダイレクションモジュールであって、
ビームを出すコリメータを支持するコリメータ支持部材と、第１のマイクロミラーと、ビームが通過できる第１の窓を備えた第１のミラー基板と、第２のマイクロミラーと、ビームが通過できる第２の窓を備えた第２のミラー基板と、ミラー間スペーサと、を備え、
前記コリメータ支持部材上に、前記第１のミラー基板、前記ミラー間スペーサ、前記第２のミラー基板の順に、上記各部材に形成した位置合わせ用貫通孔に、前記コリメータ支持部材から突き出した位置合わせ用ピンを通すように積層して構成したビームダイレクションモジュールであることができる。
【００１５】
なお、（３）の形態において、圧電素子により駆動する前記駆動機構を備えることができる。または、電磁力により駆動する前記駆動機構を備えることができる。
（４）なお、前述のビームダイレクションモジュールを備えた光スイッチを構成することが好ましい。例えば、第１の複数の光ファイバが連結された第１のビームダイレクションモジュールと、前記第１のビームダイレクションモジュールに対応して形成され、第２の複数の光ファイバが連結された第２のビームダイレクションモジュールと、を備え、
前記第１の複数の光ファイバの内の一つの光ファイバから入力されたビームが前記第１のビームダイレクションモジュールから前記第２のビームダイレクションモジュールを経て第２の複数の光ファイバの内から選択された光ファイバに出力され、  前記第１のビームダイレクションモジュール或は前記第２のビームダイレクションモジュールは請求項１のビームダイレクションモジュールを備えることを特徴とする光スイッチである。
前述のビームダイレクションモジュールを、入力側モジュールおよび出力側モジュールとして２つ対向させて配置し、前記入力側モジュールの任意のコリメータと、前記出力側モジュールの任意のコリメータ間でビームの結合を切り替えるようにする。
（５）好ましい光スイッチの一例としては、以下の具体的形態を有する。前記第１の固定部材は前記第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成される第１のビームダイレクションモジュールと、前記第１のビームダイレクションモジュールが第３の固定部材により固定されるベース材と、前記ベース材に第４の固定部材により固定され、
光ファイバに連絡する第２のコリメータレンズを複数備えた第２のコリメータ支持部材と、
第３のミラーを複数備えた第３のミラー基板と、前記第３のミラー基板の前記第１のコリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第３のミラーに対応して設けられた第４のミラーを複数備えた第４のミラー基板と、を備え、前記第１のビームダイレクションモジュールからのビームが前記第３のミラーで反射された後、前記第４のミラーで反射され、選択された前記第２のコリメータレンズへ放射されるよう形成され、前記第３のミラー基板は前記第４のミラーを経たビームが通過する窓を備え、前記第４のミラー基板は前記第３のミラーに照射される前のビームが通過する窓を備え、積層された前記第３のミラー基板と前記第４のミラー基板とを積層方向に貫通する第２の固定部材を備え、
前記第２の固定部材は前記コリメータ支持部材に連結されるよう形成される第２のビームダイレクションモジュールと、を有することを特徴とする光スイッチである。
【００１６】
具体的には、前記構成において、各々のビームダイレクションモジュールは一旦支持部材を介して共通のベース材に固定される形態であることが好ましい。その場合は、例えば、前記第１のビームダイレクションモジュールは第１の支持部材を介して前記ベース材に固定され、前記第２のビームダイレクションモジュールは第２の支持部材を介して前記ベース材に固定され、前記第１のビームダイレクションモジュールは第５の固定部材により前記第１の支持部材に固定され、前記第１の支持部材は前記第３の固定部材により前記ベース材に固定され、前記第２のビームダイレクションモジュールは第６の固定部材により前記第２の支持部材に固定され、前記第２の支持部材は前記第４の固定部材により前記ベース材に固定されるよう形成されることができる。
【００１７】
また、他の具体的形態としては、積層された前記第１のミラー基板と前記第２のミラー基板とを積層方向に貫通する第１の固定部材を備え、前記第１の固定部材は前記第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成されるビームダイレクションモジュールと、前記ビームダイレクションモジュールが第２固定部材により固定されるベース材と、前記ベース材に第２の固定部材により固定される固定ミラーと、を備える。
【００１８】
ビームが通過できる窓を配したミラーアレイ２組を、ミラー間スペーサを介在させて、コリメータを配したコリメータ支持部材上に積層することにより、コリメータから出たビームが、２つのミラーで反射して、窓を通過して、外部に射出されるビームダイレクションモジュールが構成される。
【００１９】
ミラーには平行平板型の静電駆動方式を用い、各ミラーアレイはそれぞれ、マイクロミラーと窓を配したミラー基板と、ミラー駆動用の電極と窓を配した電極基板と、ギャップを形成するためのスペーサからなる。
【００２０】
各基板およびスペーサに配した位置合わせ用の貫通孔に、コリメータ支持部材から突き出した位置合わせ用のピンを通すパッシブアライメントが可能になる。ピンの外径精度と位置合わせ用貫通孔の精度を管理することで水平方向を、また、各基板の厚さを管理することで垂直方向も高精度に位置合わせが可能である。
【００２１】
積層される部材の固定方法は、ピンの先端に設置したキャップか、コリメータ支持部材に別に固定した押さえ部材を用いて、コリメータ支持部材との間で挟んで固定することができる。このとき、キャップあるいは押さえ部材と基板電極の間にバネを介在させることにより、挟みこみの荷重を容易に制御することができる。
【００２２】
コリメータとミラーアレイの位置合わせは、コリメータ先端を電極基板の窓のエッジまたは側面に押し当てることで行っても良い。
【００２３】
２つのミラーは互いに軸方向の異なる１軸可動ミラーとすることで、２つのミラーを用いて２軸まわりにビームを振ることができる。
【００２４】
ミラーアレイを１枚の基板で構成しても良い。１枚の基板で構成することのできるミラーとしては、例えば、圧電素子を用いて駆動するミラーや、電磁力により駆動するミラーを用いることができる。
【００２５】
以上に例示した形態により、上記の課題を克服し、コリメータアレイと可動ミラーアレイの相対位置合わせを高精度かつ容易に行い、組み立て容易で低損失な光マトリクススイッチを提供することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００２７】
なお、本発明は、本明細書に記載の具体的内容に限定する意図ではなく、出願時の周知事項或は今後周知となる事項に基づく修正を阻止するものではない。
【００２８】
図１は本発明の光スイッチの全体構成の概略を示す模式図である。光スイッチ１は入力側ビームダイレクションモジュール９と出力側ビームダイレクションモジュール１０が対向して設置されてなる。それぞれのモジュールは、ファイバ２を伝播する光信号をコリメートビーム化することのできるコリメータ３を複数配列したコリメータアレイ４と、傾き角を制御できる第１のマイクロミラー５を複数配列した第１のミラーアレイ６と、傾き角を制御できる第２のマイクロミラー７を複数配列した第２のミラーアレイ８が、一体的に構成されてなる。
【００２９】
入力側の任意の入力ファイバ２ａと出力側の任意の出力ファイバ２ｂ間の結合は、ビームが出力ファイバ２ｂに対応した第１の出力側マイクロミラー５ｂに入射するように、入力ファイバ２ａに対応する第１の入力側マイクロミラー５ａおよび第２の入力側マイクロミラー７ａの傾きを制御し、さらに、第１の出力側マイクロミラー５ｂに入射したビームが出力ファイバ２ｂに正しく入射するように第１の出力マイクロミラー５ｂおよび出力ファイバ２ｂに対応する第２の出力マイクロミラー７ｂの傾きを制御することで達成される。
【００３０】
第１のマイクロミラー５および第２のマイクロミラー７は互いに異なる回転軸を持つ１軸可動ミラーとすることが好ましい。これにより、ビームの方向を２次元的に制御できるため、２次元的に配列した任意の入出力ファイバ間を結合することができ、光スイッチが実現される。第１のマイクロミラーは第１の方向を軸に回転し、第２のマイクロミラーは第１の方向と異なる第２の方向を軸に回転するようにすることが好ましい。本構成の光スイッチの基本的構成とその効果については、特願２００２−１１４０９９において詳しく説明している。本発明においては、主に、ビームダイレクションモジュールを高精度かつ容易に組み立てることのできる組み立て構造について開示する。
【００３１】
図２は本発明の光スイッチを構成するビームダイレクションモジュール１１の第１の実施例の、より詳細な構成を説明するための断面模式図である。
【００３２】
本実施例では、ファイバ１２を伝播する光信号をビームにして射出できる複数のコリメータ１３を支持するコリメータ支持部材１４の上に、第１の電極基板１５、第１のスペーサ１６、第１のミラー基板１７、ミラー間スペーサ１８、第２のミラー基板１９、第２のスペーサ２０、第２の電極基板２１が順番に積層して構成される。第１のミラー基板１７には静電力により回転させることのできる第１のマイクロミラー２２と、ビームが通過できる第１の窓２３が複数配列され、第１の電極基板１５には第１のマイクロミラー２２を駆動するための電極（図示していない）と、ビームが通過できる第２の窓２４が複数配列され、第１のスペーサ１６は、第１のマイクロミラー２２と第１の電極基板１５の電極との間に適切なギャップを形成するために第１のミラー基板１７と第１の電極基板１５の間に挿入される。同様に、第２のミラー基板１９には第２のマイクロミラー２５と第３の窓２６が複数配列し、第２の電極基板２１には第２のマイクロミラー２５駆動用の電極（図示していない）と第４の窓２７が複数配列し、第２のスペーサ２０が第２のミラー基板１９と第２の電極基板２１の間に挿入される。さらに、適切な厚さのミラー間スペーサ１８が第１のミラー基板１７と第２のミラー基板１９の間に挿入され、よって、コリメータ１３から射出されたビーム２８は、第２の窓２４と第１の窓２３を通過して第２のマイクロミラー２５で反射し、さらに第１のマイクロミラー２２で反射し、第３の窓２６と第４の窓２７を通過してビームダイレクションモジュール１１の外に射出される。
【００３３】
第１の電極基板１５、第１のスペーサ１６、第１のミラー基板１７、ミラー間スペーサ１８、第２のミラー基板１９、第２のスペーサ２０、第２の電極基板２１にはそれぞれ位置合わせ用の貫通孔が形成されており、コリメータ支持部材から突き出したピン２９を貫通孔に通すように設置することで、コリメータ１３および第１の電極基板１５、第１のスペーサ１６、第１のミラー基板１７、ミラー間スペーサ１８、第２のミラー基板１９、第２のスペーサ２０、第２の電極基板２１の各部材が相対的に位置合わせされる。
【００３４】
この実施例の少なくとも一つの特徴は、光ファイバ１２に連絡するコリメータレンズ１３を複数備えたコリメータ支持部材１４と、第１のマイクロミラー２２を複数備えた第１のミラー基板１７と、第１のミラー基板１７のコリメータ支持部材１４が配置された側と反対側に配置され、第１のマイクロミラー２２に対応して設けられた第２のマイクロミラー２５を複数備えた第２のミラー基板１９と、を備え、コリメータレンズ１３から出たビームが第２のマイクロミラー２５で反射された後、第１のマイクロミラー２２で反射され、外部へ放射されるよう形成されている。そして、第１のミラー基板１７は前記第２のマイクロミラー２５に至る前のビームが通過する窓を備え、第２のミラー基板１９は第１のマイクロミラー２２で反射されたビームが通過する窓備え、ており、積層された第１のミラー基板１７と第２のミラー基板１９とを積層方向に貫通する固定部材であるピン２９を備え、固定部材であるピン２９はコリメータ支持部材１４に連結されるよう形成されることを特徴とするものである。
【００３５】
このように、製造上光損失に大きく影響し調整が容易でなかった第１マイクロミラーを備える第１のミラー基板と第２マイクロミラーを備える第２のミラー基板とを共通の固定部材で貫通して一体化することにより個別に配置して位置合わせするより容易に高精度の位置調整ができ高精度のモジュールを構成することができる。
【００３６】
そして、これらのミラー基板を貫通した固定部材とコリメータレンズを搭載したＣＯｒメータ支持部材に連絡して全体として固定することによって、モジュールの特に重要な光路を構成する部材を共通の固定部材を介して積層構造に配置して固定することができるので、組み立て容易で高精度の光路を備えるモジュールを得ることができる。
【００３７】
静電駆動タイプのマイクロミラーにおいては、ミラーと電極間のギャップ幅の精度が非常に重要である。設計値よりもギャップが小さくなると、必要な最大振り角に満たずに、ミラーが電極に吸いつけられてしまうプルインが発生したり、ギャップが大きくなると、最大電圧をかけても必要な最大振り角に達しなかったりするためである。本発明の構成では、第１のスペーサ１６および第２のスペーサ２０の厚さの精度で、上記ギャップの精度を管理できるため、ギャップ幅を高精度に形成できる。第１のマイクロミラー２２と第２のマイクロミラー２５間の垂直方向相対位置についても、ミラー間スペーサ１８の厚さにより高精度に管理できる。
【００３８】
水平方向の位置合わせ精度に関しては、組み立てのし易さを考慮して、各部材に形成した貫通孔の寸法はピン２９の寸法よりも若干大きく設定するため、そこにできる隙間の分だけ位置ずれを発生する可能性がある。しかし、貫通孔とピンの設定寸法から位置ずれの最大値が予測でき、また、各部材のずれはそれぞれ同一のピン２９を基準にしたずれであるため、各部材を積層しても水平方向位置ずれが加算されていくことがなく、よって位置ずれを微小な量に押さえることができる。以上のように、垂直方向、水平方向ともに高い位置合わせ精度が実現される。
【００３９】
本構成を用いると、各部材をピン２９に通して積層していくだけなので、手作業でも簡単に組み立てることができる。従来では、例えば複数のコリメータから射出されるビームの位置を検出しながら、ミラーアレイの位置を調芯用ステージなどを用いて位置合わせするなどのアクティブアライメントの手法が必要であった。また、位置合わせした位置で、ずれないように固定することもまた難しかった。それに対して本構成では、組み立てるだけのパッシブアライメントであるため、調芯・組み立て装置の開発コストや、個々のスイッチの調芯・組み立て作業のコストを大幅に削減でき、低コストな光スイッチを実現できる。
【００４０】
また、本構成では、コリメータとマイクロミラー間の距離を、従来構成に比べて近くできるため、コリメータの光軸ずれが少々発生しても、ビームがマイクロミラーからはみ出しにくい。従来構造では、コリメータアレイの全てのコリメータの光軸方向を高精度に合わせなければ、全チャンネルで高結合効率を得るように位置合わせすることが不可能であったが、本構成ではコリメータの光軸ずれに対する許容度が高い。
【００４１】
コリメータ１３は、ファイバ１２を伝播してきた光信号を平行ビームにして射出することのできるもので、例えば、円筒状のコリメートレンズのレンズ面と反対側の先端にファイバ先端を融着して構成したものを用いることができる。また、複数のコリメータ１３の軸方向を揃えて固定する方法としては、例えばコリメータ支持部材１４に形成した貫通穴にコリメータ１３を挿入して接着する方法を用いる。コリメータ１３の光軸と外形軸方向の精度、および、コリメータの外径と貫通穴の内径の精度を高精度に管理することで、光軸方向の揃ったコリメータアレイを構成することができる。
【００４２】
ミラー基板に形成されるミラー構造と、窓および貫通孔などの加工には、例えば、シリコンウエハを基材として、フォトリソグラフィによりマスクを形成して、ドライエッチングやウェットエッチングなどにより加工を行うバルクマイクロマシニングの手法を用いることができる。また、ミラー基板のビームが反射する面には、Ａｕなどの金属膜をスパッタや蒸着などの方法で成膜して反射面を形成する。
【００４３】
電極基板は、シリコンウエハや、セラミック基板などを基材とすることができ、電極や配線は、フォトリソグラフィによりパターニングし、スパッタ、蒸着、めっきなどの方法で成膜できる。窓および貫通孔の加工には、エッチングや、機械加工、レーザー加工などを用いることができる。
【００４４】
ミラー基板と電極基板間に介在するスペーサは、薄く、厚さの精度が要求される。例えば、シリコンウエハをエッチングにより薄くするなどして製作することが望ましい。
【００４５】
一方、ミラー間スペーサはの貫通孔も、エッチングにより形成してもよいが、高精度の寸法精度が要求されないので、機械加工によって形成してもよい。ミラー基板と電極基板間に介在するスペーサは厚いため、シリコンと線膨張係数が近い、コバール、インバーなどの金属材料や、ガラスなどを用いてもよい。
【００４６】
コリメータ支持部材や位置合わせ用のピンにも、コバール、インバーなどの金属材料や、ガラスなど、シリコンと線膨張係数が近い材料を用いることが望ましい。
【００４７】
ミラー基板がシリコンを材料としたとき、電極基板、スペーサ、ミラー間スペーサ、コリメータ支持部材、位置合わせ用ピンなども、上記したようなシリコンと線膨張係数の近い材料で構成することにより、組み立てた状態で温度変化に対する各部材の熱変形差に起因したずれを小さくでき、信頼性の高いビームダイレクションモジュールおよび光スイッチを実現できる。
【００４８】
なお、各部材の構成材料および加工方法は、上記に示した例に限られたものではない。
【００４９】
第１の電極基板１５から第２の電極基板２１までの各部材を固定する方法としては、例えば図２に示すように、位置合わせ用のピン２９のコリメータ支持部材４とは反対側の先端に、キャップ３０を取り付け、例えば、バネ３１のような弾性体を介して第２の電極基板２１上を押し付ける機能を備えることにより、各部材をまとめて固定することができる。例えば、これらの積層した各部材を、前記第２の電極基板の上から、前記コリメータ支持部材との間で挟んで固定することができる。
【００５０】
押し付けて固定する際に、押し付け荷重が大きすぎると第２の電極基板２１を破損する恐れがあり、また、小さすぎると組み立て後の衝撃や振動などにより各部材が位置ずれする恐れがある。キャップ３０と第２の電極基板２１との間にバネ３１を介することにより、適切な押し付け荷重で固定することができる。本構成では、各部材が面で接触するため、押し付け荷重に対して強く、十分な荷重での固定が可能である。バネ３１は例えば金属製で、図示したようにコイル状のものでも、また板バネのようなものでもよく、またあるいはゴム製の板やリング状のものなど、弾力性のあるものであればよい。ピンとキャップの接合は、例えば接着したり、あるいは、ピン先端とキャップにねじを切っておき、ねじ止めするなどの方法がある。
【００５１】
なお、本実施例では、光ファイバにコリメータレンズを一例とするレンズを搭載した形態を示したが、もしこのようなコリメータレンズを備えずに光ファイバからの光をレンズでない部材を介して、或は直接光ファイバから第２のミラーに照射する形態である場合には、前述したレンズを省略することもできる。その場合図及び説明においてコリメータレンズを支持する部材は、光ファイバを支持する部材として適用することができる。
【００５２】
また、第２の実施例として、図３に示すように、コリメータ支持部材４に別に固定された押さえ部材３２により、バネ３１を介して第２の電極基板２１上を押し付けることにより固定してもよい。他の基本構成は第１の実施例の形態を用いることができる。押さえ部材３２は例えばボルト３３を用いてコリメータ支持部材４に固定される。ピン２９は押さえ部材３２に連絡していることができる。本実施例においても、ボルト３３の締め付け力のいかんに関わらず、適切な押し付け荷重を得ることができる。本実施例では、押さえ部材３２をボルト３３で固定することで全体の固定が行えるので、ピン先端にキャップを取り付ける前記実施例と比べて、組立・分解が容易である。
【００５３】
また、図４はビームダイレクションモジュールの組立構造の別の一実施例を説明するための断面模式図である。前記第１および第２の実施例では、コリメータから第２のミラー基板まで、全て位置合わせ用のピンを用いて位置合わせを行うが、本第３の実施例では、コリメータ支持部材からコリメータ先端を飛び出させ、第１の電極基板とコリメータを直接的に位置合わせる。コリメータのビームが射出する側の先端の一部が、コリメータ支持部材の第１のミラー基板側表面よりも第１のミラー基板側に突出して配置される領域を有する。第１の電極基板の第２の窓の側面あるいはエッジにコリメータ先端を押し当てる。複数あるコリメータのうち、少なくとも２つで、本位置合わせを行うことで、コリメータ支持部材と第１の電極基板が位置決めされる。第１の電極基板から、第２の電極基板までは、第１の実施例と同様にピンを用いて位置合わせする。
【００５４】
コリメータと位置合わせ用のピンは、軸方向が互いに平行でないため、両者の相対的な位置及び角度を高精度に組み立てることが難しい場合に、本実施例では、コリメータと第２の窓が直接的に位置合わせされるために、より高精度な位置合わせが可能になる。
【００５５】
図２〜４の断面図に図示されている各部材は、全てが同一断面上にある必要はない。ここでは、説明を簡単にするために同一図に示した。
【００５６】
図５〜９は、静電駆動マイクロミラーアレイを構成する部材の平面構成の一例を、２×２の４チャンネルのアレイを例に取り、それぞれ図示したものである。
【００５７】
図５、図６、図７は、それぞれ、第１のミラー基板１７、第１の電極基板１５、第１のスペーサ１６の平面構成の一例を示す。図５に示すように、第１のミラー基板１７には、第１のマイクロミラー２２と第１の窓２３が組となって、４チャンネル分配列している。第１のマイクロミラー２２は、１つの回転軸周りに回転できる構造となっており、例えば最も単純な構成としては、図５に示したように、ミラーが２本のねじり梁４１によって基板に支持された構成を用いることができる。第１の窓２３は基板に貫通孔を形成してなる。さらに、第１のミラー基板１７には、位置合わせ用のピン２９を通すための位置合わせ用貫通孔４２が形成されている。位置合わせ用貫通孔４２の形状、数、配置にはさまざまなバリエーションが考えられるが、ここでは四隅に配置した例を示している。位置合わせ用のピン２９は円筒状のものを用いることが望ましい。
【００５８】
図６に示すように、第１の電極基板１５には、第１のミラー基板１７と対応して、第１のミラー駆動用電極４３と第２の窓２４が組となって４チャンネル分配列している。第１のミラー駆動用電極４３に電圧を印加するための配線の引出しは、例えば次のような構成により実現できる。第１の電極基板の周辺部に形成したワイヤボンディング用電極４４と第１のミラー駆動用電極を接続する配線４５を形成し、第１の電極基板１５に接着した第１のフレキシブル配線板４６の配線４７と、ワイヤボンディング用電極４４をワイヤ４８で接続することにより、フレキシブル配線板４６を通じて第１のミラー駆動用電極４３に電圧を印加することができる。また、第１のミラー基板１７と同様に位置合わせ用貫通孔４９が四隅に形成されている。
【００５９】
第１のスペーサは、第１のミラー基板１７および第１の電極基板と積層されたときに、第１のマイクロミラー２２、第１の窓２３、第２の窓２４、フレキシブル配線板４６、ワイヤ４８などと干渉しない領域に配置される。例えば図７に示すように、図の上下の周辺領域に２つ配置するようにして、それぞれ２つの位置合わせ用貫通孔５０を形成しておくことで、ピンにより位置決めができる。
【００６０】
第１の電極基板１５、第１のスペーサ１６、第１のミラー基板１７の順に、それぞれ位置合わせ用貫通孔にピン２９を通して積層したときに、第１のマイクロミラー２２の直下に第１のミラー駆動用電極４３が、また、第１の窓２３および第２の窓２４がちょうどビームの通り道に配置されるように、各部材の配置および厚さが決められている。
【００６１】
第２のミラー基板１９および第２の電極基板２１の平面構成の一例を図８および図９に示す。第２のミラー基板１９には、第１のミラー基板１７と同様に、第２のマイクロミラー２５と第３の窓２６が組として、４チャンネル分配列する。第２のマイクロミラーも２本のねじり梁５１により支持された構造を用いることができる。また、四隅に位置合わせ用貫通孔５２を形成する。
【００６２】
第２の電極基板２１についても、第１の電極基板１５と同様に、第２のミラー駆動用電極５３と第４の窓２７の組が４チャンネル分配列し、ワイヤボンディング用電極５４と第２のミラー駆動用電極５３を配線５５で結合し、第２の電極基板２１に接着した第２のフレキシブル基板５６の配線５７とワイヤボンディング用電極５４をワイヤ５８で接続することにより、第２のフレキシブル基板５６を通じて第２のミラー駆動用電極５３に電圧を印加することができる。また、位置合わせ用貫通孔５９が四隅に形成されている。
【００６３】
第２のスペーサ２０は、図７に示した第１のスペーサ１６と同様の構成にすることができる。また、ミラー間スペーサ１８は、厚さは第１のスペーサ１６および第２のスペーサ２０より厚くなるが、平面構成は図７に示した同様の構成とすることができる。
【００６４】
第１の電極基板１５の上に、さらに、ミラー間スペーサ１８、第２のミラー基板１９、第２のスペーサ２０、第２の電極基板２１の順に、それぞれ位置合わせ用貫通孔に位置決め用ピン２９を通して積層した時に、第２のマイクロミラー２５、第１のマイクロミラー２２、第３の窓２６、および第４の窓２７が、ビームの通り道に配置されるように、各部材の配置および厚さが決められている。さらに、スイッチ動作において、任意のチャンネル間で結合するための最大の振り角でビームが振られたときにも、ビームが部分的にマイクロミラーからはみだしたり、窓を通過できなくて損失が大きくなることのないように、上記マイクロミラーおよび窓のサイズが決められている。また、図３に示したように第１のマイクロミラー２２の回転軸はＹ軸の方向で、図６に示したように第２のマイクロミラー２５の回転軸はＸ軸の方向、というように、互いに独立した（望ましくは直交した）回転軸を持つことで、２つのミラーを用いてビームの方向を２次元的に制御することができる。第１のマイクロミラーをＸ軸まわりに、第２のマイクロミラーをＹ軸まわりに回転するようにしても構わない。
【００６５】
第１のミラー基板１７および第２のミラー基板１９は、例えば、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を用いて、シリコン基板にエッチングやフォトリソグラフィなどの加工を施して、ミラーやねじり梁、貫通孔などを形成することができる。ミラーは、印可された静電力に対してねじり梁が弾性変形することで可動できる。ねじり梁は、図５および図８に示したような直梁以外にも、例えば、図１０に示すように、直梁を複数回折り返した構造のミアンダ梁６１にすることで、梁の断面積が同じでも、よりねじりに対する剛性を低くして、ミアンダ部に支持されたミラー部６２をより回転しやすくすることができる。
【００６６】
また、上記の実施例では、ミラー基板と電極基板の２枚の基板を用いた、平行平板型の静電駆動ミラーを用いた場合の構造を示したが、１枚の基板で構成される他の駆動方式のミラーを用いることもできる。
【００６７】
図１１は、１枚の基板からなる可動ミラーアレイを用いた場合の、本発明の第４の実施例を示す断面模式図である。コリメータ支持部材の上に、第１のマイクロミラー７１と第１の窓７２を設置した第１の可動ミラーアレイ７３、ミラー間スペーサ７４、第２のマイクロミラー７５と第２の窓７６を設置した第２の可動ミラーアレイ７７の順に、それぞれに形成した貫通孔に位置決めピン２９を通して積層し、バネ３１、キャップ３０を用いて固定する。第１のマイクロミラー７１および第２のマイクロミラー７５は、それぞれ互いに方向が異なる１つの軸まわりに回転する機構を有している。
【００６８】
もちろん、図３に示した第２の実施例のように押さえ部材を用いた構成、あるいは、図４に示した第４の実施例のようにコリメータの先端と第１の窓を用いて位置合わせする構成にしてもよい。
【００６９】
１枚の基板からなる可動ミラーには、例えば、圧電素子を用いて駆動するものがある。圧電素子を用いた可動ミラーの構造は、例えば図１０に示したような、ミラー部６２がミアンダ梁６１により支持された構造において、ミアンダ梁６１上に圧電素子を形成した構成を用いることができる。圧電素子によりねじり動作するミアンダ梁の構成の例を図１２に示す。ミアンダ梁６１の折りたたまれた直梁それぞれの表面に、第１の圧電素子８１と第２の圧電素子８２が交互に形成されており、全てが配線でつながれている。第１の圧電素子８１と第２の圧電素子８２は、互いに分極方向を反対にしておき、例えば配線から正の電圧をかけると、第１の圧電素子８１は収縮、第２の圧電素子８２は膨張し、また、負の電圧をかけたときは逆になるようにすることで、電圧に応じてミアンダ梁６１がねじれてミラー部６２を回転させることができる。
【００７０】
他にも、例えば電磁駆動するミラーを用いてもよい。例えば、適当なねじり梁によって支持されたミラー部表面にコイルを形成しておき、外部に永久磁石を設置した構成により、コイルに流す電流に応じて電磁力が発生し、ミラーを回転させることができる。
【００７１】
本発明で開示したビームダイレクションモジュールの用途は、光スイッチだけにとどまるものではなく、ビームダイレクションモジュール単体で、光ビームの方向を高精度に制御して維持したり、光ビームをスキャンするといった用途で、例えば、レーザプリンタ、レーザ露光機、ディスプレイなどに用いることができる。本発明のビームダイレクションモジュールでは、２つの１軸可動ミラーを用いてビーム方向を制御することで、各軸の動作が独立しているため、２軸可動ミラーに見られるような、一方の軸まわりの角度を変化させようとすると、他方の角度も変化してしまうというような軸間の干渉がないため、ビーム方向の制御が容易で、例えば格子状にビームをスキャンすることも容易である。また、静電駆動ミラーの場合、２軸可動ミラーと比較して、ミラー駆動用の電極の面積を大きく取れるため、ミラーの最大振り角や速度が向上するなど、ミラーの基本性能を向上することができる。
【００７２】
上記で説明したビームダイレクションモジュールを用いた光スイッチは、例えば図１３に示すように構成される。ビームダイレクションモジュールは前述した形態を適用することができる。入出力用に用いられる第１のビームダイレクションモジュール９および第２のビームダイレクションモジュール１０は、支持部材としてそれぞれ第１のアングル部材９１、第２のアングル部材９２に、それぞれ第１の連結ボルト９３、第２の連結ボルト９４を用いて連結される。さらに、第１のアングル部材９１および第２のアングル部材９２は、共通のベース部材９５に、それぞれ第３の連結ボルト９６、第４の連結ボルト９７を用いて連結される。
【００７３】
入出力のビームダイレクションモジュール間での光ビームの結合は、光スイッチを組み立てた後でも、マイクロミラーの角度を微調整することによって最適な結合位置に合わせることができる。よって、ビームダイレクションモジュール間の位置合わせについては、ミラーの最大振り角の範囲内に収めればよく、それほど高精度を必要としない。一方、ビームダイレクションモジュール内のレンズおよびミラー間は、組み立てた時点でずれていると、後から補正が容易ではない。よって、ビームダイレクションモジュールを構成しているレンズおよびミラー、少なくともコリメータ支持部材と第１のミラー基板と第２のミラー基板は、それらを貫通する同一の固定部材（ピン３０ａおよび３０ｂ）により高精度に位置決めすることが望ましい。入出力のビームダイレクションモジュールも全て同一のピンで位置合わせできれば精度が高いが、ビームダイレクションモジュール間は光路が長いためピンが長くなってしまうし、組立方法や、レンズやミラーを固定する方法が複雑になる上に、細長いピンで支持される構造になると、耐振動・衝撃性が悪くなってしまう。上述のように、２つのビームダイレクションモジュール間は高精度の位置決めを必要としないので、むしろ、振動・衝撃に対して強くなるように、頑強な部材を介して連結することを優先するほうがよい。例えば、図１３に示す実施例のように、第１のアングル部材９１および第２のアングル部材９２を、ベース部材９５に形成した第１の押し当て面９８および第２の押し当て面９９にそれぞれ押し当てることにより位置合わせし、連結ボルトで固定する。このように、本形態の特徴は、前述したビームダイレクションモジュールを固定するボルトなどの固定部材とは別の固定部材によりベース材に固定するようにする点である。本実施例では特に、各ビームダイレクションモジュールがベース材との間に支持部材を介して固定され、ビームダイレクションモジュールと支持部材間及び支持部材とベース材間とで各々別の固定部材により固定される形態を例示した。具体的形態としては、第１の固定部材としてのピン２９は第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成される第１のビームダイレクションモジュールと、第１のビームダイレクションモジュールが第３の固定部材である第３の連結ボルト９６により固定されるベース材９５と、前記ベース材に第４の固定部材である第４の連結ボルト９７により固定され、前記第２の固定部材であるピンがコリメータ支持部材に連結されるよう形成される第１のビームダイレクションモジュールと同様の第２のビームダイレクションモジュールとを有する。
第２のビームダイレクションモジュールは、光ファイバに連絡する第２のコリメータレンズ（第１のコリメータレンズ相当）を複数備えた第２のコリメータ支持部材（第１のコリメータレンズ相当）と、第３のミラー（第１のミラー相当）を複数備えた第３のミラー基板（第１のミラー基板相当）と、前記第３のミラー基板の前記第１のコリメータ支持部材が配置された側と反対側に配置され、前記第３のミラーに対応して設けられた第４のミラー（第２のミラー相当）を複数備えた第４のミラー基板（第２のミラー基板）と、を備え、前記第１のビームダイレクションモジュールからのビームが前記第３のミラーで反射された後、前記第４のミラーで反射され、選択された前記第２のコリメータレンズへ放射されるよう形成され、前記第３のミラー基板は前記第４のミラーを経たビームが通過する窓を備え、前記第４のミラー基板は前記第３のミラーに照射される前のビームが通過する窓を備え、積層された前記第３のミラー基板と前記第４のミラー基板とを積層方向に貫通する第２の固定部材を備える。
【００７４】
具体的には、各々のビームダイレクションモジュールは一旦支持部材を介して共通のベース材に固定されており、前記第１のビームダイレクションモジュールは第１のアングル部材を介して前記ベース材に固定され、前記第２のビームダイレクションモジュールは第２のアングル部材を介して前記ベース材に固定され、第１のビームダイレクションモジュールは第５の固定部材である第１の連結ボルトにより第１のアングル部材に固定され、第１のアングル部材は第３の固定部材である第３の連結ボルトによりベース材９５に固定され、第２のビームダイレクションモジュールは第６の固定部材である第２の連結ボルトにより第２のアングル部材に固定され、第２のアングル部材は第４の固定部材である第４の連結ボルトによりベース材９５に固定されている。
【００７５】
このように形成することにより、外部からの外力などの影響を抑制して、高精度の光結合を確保できる高信頼性の光スイッチを構成することができる。
また、本発明のビームダイレクションモジュールを用いた別の形態として、図１４に示すように、図１３で示した構成の第２のビームダイレクションモジュールの代わりに、１つの固定ミラーを配した構成とすることで、１つのビームダイレクションモジュールに入出力両方のファイバを有する光スイッチを構成することができる。基本的なビームダイレクションモジュールの構成は前述の実施例に示した形態を用いることができる。すなわち、入出力ビームダイレクションモジュール１００は、図１３の構成の第１のビームダイレクションモジュールと同様にしてベース部材９５に固定する。それに対向して、一枚の固定ミラー１０１を、固定ミラー支持部材１０２に例えば接着などの方法で固定し、固定ミラー支持部材１０２を連結ボルト１０３によりベース部材９５に固定する。固定ミラー支持部材１０１は、例えばベース部材９５の押し当て面９８に押し当てることで位置決めすることができる。本構成では、入出力ビームダイレクションモジュール１００の複数のファイバの内、入力ファイバと出力ファイバを選択し、入力ファイバに対応するレンズから射出されたビームが、固定ミラー１０１によって折り返され、入出力ビームダイレクションモジュールに戻ってきて、出力ファイバに入射するように、入力ファイバ、出力ファイバに対応するミラーの角度を制御することで光結合を行うことができる。
【００７６】
このように、他の具体的形態としては、積層された第１のミラー基板と第２のミラー基板とを積層方向に貫通する第１の固定部材を備え、第１の固定部材は第１のコリメータ支持部材に連結されるよう形成されるビームダイレクションモジュールと、ビームダイレクションモジュールが前記第１の固定部材とは別体の第２固定部材により固定されるベース材と、ベース材に前記第１の固定部材とは別体の第２の固定部材により固定される固定ミラーと、を備える。
【００７７】
ビームは、第１のコリメータレンズから出たビームが第１のミラー基板の窓を通過して第２のミラー基板の第２のミラーで反射された後、第１のミラー基板の第１のミラーで反射され、第２のミラー基板の窓を経て固定ミラーへ放射されるよう形成される。そして、固定ミラーで反射したビームが、第２のミラー基板の窓を通過して第１の基板の第３のミラーでで反射された後、第２のミラー基板の第４のミラーで反射され、第１のミラー基板の窓を通過して選択された第２のコリメータレンズに導入される。
【００７８】
これらの、本発明により、マイクロミラーアレイとコリメータアレイの高精度位置合わせを、パッシブアライメントにより可能にし、低コストな三次元光スイッチを実現することができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明により、前述の課題を克服し、コリメータアレイと可動ミラーアレイの相対位置合わせを高精度かつ容易に行い、組み立て容易で低損失な光マトリクススイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の三次元光スイッチの全体概略構成を示す断面模式図。
【図２】本発明の一実施形態であるビームダイレクションモジュールの構成を示す断面模式図。
【図３】本発明の一実施形態であるビームダイレクションモジュールの構成を示す断面模式図。
【図４】本発明の一実施形態であるビームダイレクションモジュールの構成を示す断面模式図。
【図５】第１のミラー基板の構成の一例を示す平面模式図。
【図６】第１の電極基板の構成の一例を示す平面模式図。
【図７】第１のスペーサ、第２のスペーサ、およびミラー間スペーサの構成の一例を示す平面模式図。
【図８】第２のミラー基板の構成の一例を示す平面模式図。
【図９】第２の電極基板の構成の一例を示す平面模式図。
【図１０】ミアンダ梁で支持されたミラー構造の一例を示す平面模式図。
【図１１】本発明の一実施形態であるビームダイレクションモジュールの構成を示す断面模式図。
【図１２】圧電素子によりでねじり駆動するミアンダ梁の構成の一例を示す平面模式図。
【図１３】本発明の一実施形態である光スイッチの構成を示す断面模式図。
【図１４】本発明の一実施形態である光スイッチの構成を示す断面模式図。
【符号の説明】
１…ビームダイレクションモジュール、２…ファイバ、２ａ…入力側のファイバ、２ｂ…出力側のファイバ、３…コリメータ、４…コリメータアレイ、５…第１のマイクロミラー、６ａ…第１の入力側マイクロミラー、６ｂ…第１の出力側マイクロミラー、６…第１のミラーアレイ、７…第２のマイクロミラー、９…入力側ビームダイレクションモジュール、１０…出力側ビームダイレクションモジュール、１１…ビームダイレクションモジュール、１２…ファイバ、１３…コリメータ、１４…コリメータ支持部材、１５…第１の電極基板、１６…第１のスペーサ、１７…第１のミラー基板、１８…ミラー間スペーサ、１９…第２のミラー基板、２０…第２のスペーサ、２１…第２の電極基板、２２…第１のマイクロミラー、２３…第１の窓、２４…第２の窓、２５…第２のマイクロミラー、２６…第３の窓、２７…第４の窓、２８…ビーム、２９…ピン、３０…キャップ、３１…バネ、３２…押さえ部材、３３…ボルト、
４１…ねじり梁、４２…位置合わせ用貫通孔、４３…第１のミラー駆動用電極、４４…ワイヤボンディング用電極、４５…配線、４６…第１のフレキシブル配線板、４７…配線、４８…ワイヤ、４９…位置合わせ用貫通孔、５０…位置合わせ用貫通孔、５１…ねじり梁、５２…位置合わせ用貫通孔、５３…第２のミラー駆動用電極、５４…ワイヤボンディング用電極、５５…配線、５６…第２のフレキシブル基板、５７…配線、５８…ワイヤ、５９…位置合わせ用貫通孔、６１…ミアンダ梁、６２…ミラー部、７１…第１のマイクロミラー、７２…第１の窓、７３…第１の可動ミラーアレイ、７４…ミラー間スペーサ、７５…第２のマイクロミラー、７６…第２の窓、７７…第２の可動ミラーアレイ、８１…第１の圧電素子、８２…第２の圧電素子、９１…第１のアングル部材、９２…第２のアングル部材、９３…第１の連結ボルト、９４…第２の連結ボルト、９５…ベース部材、９６…第３の連結ボルト、９７…第４の連結ボルト、９８…第１の押し当て面、９９…第２の押し当て面、１００…入出力ビームダイレクションモジュール、１０１…固定ミラー、１０２…固定ミラー支持部材、１０３…連結ボルト。
【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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