JP3719239B2 - 光スイッチ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミラーを用いて複数のファイバ間を接続する光路を切換える光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光スイッチ装置として、シリコン基板等からなる第１の基板に他のシリコン基板等からなる第２の基板を衝合して設け、該第２の基板には第１の基板との間に互いに９０度ずつ離間して放射状に延びる合計４本のファイバ取付溝を形成すると共に、第２の基板には互いに対向する２本ずつの光ファイバ間に進退するミラーを有し当該光ファイバ間の光路を切換える静電アクチュエータを設けたものが知られている（例えば、米国特許第６３１５４６２号明細書等）。
【０００３】
このような従来技術では、例えば静電アクチュエータが停止しているときは、光ファイバ間にミラーが進入しているから、光ファイバから出射された光は、ミラーによって直交する方向に向けて反射され、互いに直交する２本ずつの光ファイバが接続された状態となる。一方、静電アクチュエータを駆動したときには、光ファイバ間からミラーが退出するから、光ファイバから出射された光は直進し、互いに対向する２本ずつの光ファイバが接続された状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、光ファイバの光軸を合わせるために、ファイバ取付溝内の対向する２つの内壁面のうち一方の内壁面には他方の内壁面に向けて光ファイバを押付ける弾性ブラケットが設けられていた。しかし、この弾性ブラケットは、第２の基板の水平方向に対して光ファイバを位置決めするものの、垂直方向に対する位置決めは行っていなかった。このため、光ファイバの光軸を合わせるためには別部材を用いて光ファイバを第１の基板に向けて押付ける必要があり、光ファイバの取付け性が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、別部材を用いることなく、光ファイバを水平方向と垂直方向に位置決めすることができ、光ファイバの取付け性を高めた光スイッチ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置に適用される。
【０００７】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入し、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けたことにある。
【０００８】
このように構成したことにより、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入したときには、ファイバ押えを用いて光ファイバをファイバ取付溝内の他方の内壁面に向けて押付けると共に、第１の基板に向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入するだけで、光ファイバを水平方向と垂直方向の２方向に対して位置決めすることができる。
【０００９】
また、請求項１の発明では、ファイバ押えは、基端側がファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けている。
【００１０】
これにより、押付け部は、ばね部のばね性によって弾性的に光ファイバに接触すると共に、光ファイバをファイバ取付溝の他方の内壁面と第１の基板とに向けて斜めに押付けて位置決めすることができる。また、押付け部の角隅に面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
【００１１】
一方、請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記押付け部には、前記第２の基板の厚さ方向に向けて斜めに傾斜して光ファイバに面接触する傾斜面を形成し、前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入する構成としたことにある。
【００１２】
これにより、傾斜面は光ファイバに面接触するから、例えば押付け部の角隅等を光ファイバに線接触させる場合に比べて、第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を発生させることができ、光ファイバに対して安定的に斜め方向に向かう押付け力を加えることができる。また、第２の基板として例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板を用いる場合には、該シリコン基板に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面をもった押付け部を形成することができる。このため、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができる。
請求項３の発明では、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けている。これにより、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
請求項４の発明では、前記押付け部の傾斜面は、単結晶シリコンからなる第２の基板に異方性エッチングを施すことによって形成している。これにより、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができる。
請求項５の発明では、前記アクチュエータの表面とファイバ押えの表面とは、同一面を形成している。これにより、例えばアクチュエータとファイバ押えとを同一のエッチング工程で一緒に形成することができる。
【００１３】
また、請求項６の発明が採用する構成の特徴は、前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられ複数の光ファイバ間を跨いで延びる腕部と、該腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部の両端側に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。
【００１４】
これにより、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。また、ミラーは腕部の長さ方向の途中位置に設けるから、例えば腕部の先端にミラーを設けた場合には腕部の基端側の１箇所にしか駆動部を設けることができないのに対し、腕部の両端側の２箇所に静電アクチュエータ等の駆動部を形成することができる。このため、２つの駆動部を用いてミラーを進退させるから、１つの駆動部を用いる場合に比べて、各駆動部に加える電圧等を低下させることができ、操作性を高めることができる。さらに、ファイバ押えはアクチュエータの腕部と一緒に形成するから、ファイバ押えと別個にアクチュエータを加工するのに比べて、例えば反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができる。
また、請求項７の発明が採用する構成の特徴は、前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられた腕部と、該腕部に垂下して前記第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。
この場合も、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。
さらに、請求項８の発明のように、前記第２の基板の表面には、前記ファイバ取付溝を覆うガラス基板を設ける構成としてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態による光スイッチ装置を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態を示し、図において、１は第１の基板としてのガラス基板で、該ガラス基板１は、ガラス材料によって四角形の板状に形成されている。そして、ガラス基板１は略平坦な表面を有し、該表面には後述のファイバ取付溝３、アクチュエータ６等が形成されるものである。
【００１７】
２はガラス基板１の表面に衝合して設けられた第２の基板としてのシリコン基板で、該シリコン基板２は、例えば単結晶または多結晶のシリコン材料からなり、ガラス基板１と略同じ大きさをもった四角形の板状に形成されている。そして、シリコン基板２は、例えば陽極接合法等によってガラス基板１の表面側に接合されている。
【００１８】
３はガラス基板１とシリコン基板２とに間に形成された合計４本のファイバ取付溝で、該ファイバ取付溝３は、互いに９０度ずつ離間して放射状（十字状）に配置されている。また、ファイバ取付溝３は、互いに交差（直交）する２本の光路Ｏ1，Ｏ2に沿って直線状に設けられ、各光路Ｏ1，Ｏ2に対して交差する中心部位４を挟んで２本ずつ配置されている。そして、ファイバ取付溝３は、シリコン基板２を厚さ方向に貫通して形成され、シリコン基板２を略三角形状の４つの島部２Ａに分離すると共に、その内部には互いに対向した内壁面３Ａ，３Ｂが形成され、その底面にはガラス基板１が露出している。
【００１９】
５はファイバ取付溝３に取付けられた光ファイバで、該光ファイバ５は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って２本ずつ合計４本取付けられている。また、各光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された２本ずつの光ファイバ５は、中心部位４を挟んで互いに間隔をもって対向している。
【００２０】
６はシリコン基板２のうち２本のファイバ取付溝３に挟まれた島部２Ａに形成されたアクチュエータで、該アクチュエータ６は、光路Ｏ1，Ｏ2に対して交差する中心部位４から島部２Ａ内に向けて直線状に延びる腕部７と、中心部位４に進退可能となって腕部７の先端に形成された薄幅のミラー８と、腕部７の基端側に設けられ腕部７をその長さ方向（矢示Ａ方向）に向けて変位させる駆動部９とによって大略構成されている。そして、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成され、鏡面仕上げがなされている。
【００２１】
また、駆動部９は、腕部７の幅方向両側から腕部７の長さ方向と直交する方向に向けて直線状に延び腕部７が矢示Ａ方向に変位可能となるように支持する支持梁９Ａと、腕部７の基端側に形成され腕部７と一緒に変位する可動側櫛歯電極９Ｂと、該可動側櫛歯電極９Ｂと噛合してガラス基板１に固定して形成された固定側櫛歯電極９Ｃとによって大略構成されている。ここで、腕部７、ミラー８、支持梁９Ａ、可動側櫛歯電極９Ｂは、支持梁９Ａによってガラス基板１の表面から離間した状態（浮き上がった状態）で支持されている。そして、２つの櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ間に電圧を印加することによって、櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ間に静電引力が発生し、腕部７、ミラー８、可動側櫛歯電極９Ｂは、全体として矢示Ａ方向に向けて変位する。
【００２２】
１０はファイバ取付溝３の内部に設けられたファイバ押えで、該ファイバ押え１０は、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部１０Ａと、該ばね部１０Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部１０Ｂとによって構成されている。ここで、ファイバ押え１０は、ファイバ取付溝３に挿入される光ファイバ５の軸心Ｏ（コア）よりもシリコン基板２の表面側（ガラス基板１とは反対側）に形成されている。また、押付け部１０Ｂは、略四角形状をなしてばね部１０Ａの先端側から突出すると共に、その角隅には光ファイバ５の挿入を容易にするために面取り部１０Ｃが設けられている。
【００２３】
そして、ばね部１０Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、断面略四角形状をなす押付け部１０Ｂの角隅側は、光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側（シリコン基板２の表面側）に弾性的に接触する。これにより、ファイバ押え１０は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５を押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００２４】
１１はシリコン基板２の表面に設けられたカバー基板としてのガラス基板で、該ガラス基板１１は、ガラス基板１とほぼ同じ四角形状をなし、陽極接合等によってシリコン基板２の表面に接合されている。また、ガラス基板１１の裏面側にはファイバ取付溝３およびアクチュエータ６を覆う位置に浅溝１１Ａが設けられ、該浅溝１１Ａはアクチュエータ６、ファイバ押え１０とガラス基板１１との間に隙間を形成している。これにより、アクチュエータ６、ファイバ押え１０がガラス基板１１に接触するのを防止し、これらの変位動作等を補償している。
【００２５】
なお、カバー基板としてのガラス基板１１は必ずしも必要ではなく、省く構成としてもよい。
【００２６】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図５ないし図９を参照しつつ説明する。
【００２７】
まず、図５に示すように、シリコン基板２の裏面側には、ファイバ取付溝３、中心部位４、アクチュエータ６(図２参照)等が形成される部位に対して部分的に反応性イオンエッチング（ＤＥＥＰ ＲＩＥ）を施し、浅溝１２を形成する。
【００２８】
次に、図６に示すように、ファイバ取付溝３に対応した部分に対してシリコン基板２の裏面側から再び反応性イオンエッチングを施し、シリコン基板２の表面側にファイバ押え１０に対応した厚さ寸法だけを残存させた予備ファイバ取付溝１３を形成する。その後、図７に示すように、シリコン基板２の裏面側に第１の基板としてのガラス基板１を陽極接合する。
【００２９】
次に、図８に示すように、シリコン基板２の浅溝１２に対応した部位に対して、シリコン基板２を貫通するようにシリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施し、ミラー８等のアクチュエータ６を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え１０を一緒に形成する。この状態で、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成し、鏡面仕上げを行う。
【００３０】
最後に、図９に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に向けてファイバ取付溝３に沿って光ファイバ５を挿入した後に、光ファイバ５を接着剤等を用いて固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００３１】
なお、本実施の形態では、シリコン基板２に予め浅溝１２を形成するものとしたが、浅溝１２に代えてガラス基板１に浅溝を形成する構成としてもよい。
【００３２】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き製造方法を用いて製造されるものであり、次に、そのスイッチング動作について説明する。
【００３３】
まず、アクチュエータ６の可動側櫛歯電極９Ｂと固定側櫛歯電極９Ｃとの間に電圧を印加しないときには、支持梁９Ａの弾性力によってミラー８は中心部位４に進入した位置にある。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、ミラー８によって反射し、互いに直交する光路Ｏ2，Ｏ1に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。
【００３４】
一方、アクチュエータ６の可動側櫛歯電極９Ｂと固定側櫛歯電極９Ｃとの間に電圧を印加したときには、電極９Ｂ，９Ｃ間に静電引力が発生するから、支持梁９Ａの弾性力に抗してミラー８は中心部位４から退出する。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。この結果、電極９Ｂ，９Ｃ間に印加する電圧の有無に基づいて、接続する光路Ｏ1，Ｏ2を切換えることができる。
【００３５】
然るに、本実施の形態では、シリコン基板２のファイバ取付溝３内には一方の内壁面３Ａに位置するファイバ押え１０を設けたから、該ファイバ押え１０を用いて光ファイバ５を他方の内壁面３Ｂに向けて押付けると共に、ガラス基板１に向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバ５をファイバ取付溝３内に挿入するだけで、光ファイバ５をファイバ取付溝３の幅方向（水平方向）とシリコン基板２の厚さ方向（垂直方向）の２方向に対して位置決めすることができ、光ファイバ５の取付け性を向上させることができる。
【００３６】
また、ファイバ押え１０は、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられ先端側がファイバ取付溝３の幅方向に変位可能なばね部１０Ａと、該ばね部１０Ａの先端側に設けられ光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側に接触する押付け部１０Ｂとによって構成したから、光ファイバ５に対してシリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を加えることができる。このため、ファイバ押え１０の押付け部１０Ｂによって、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて斜めに押付けることができる。
【００３７】
また、ファイバ押え１０はシリコン基板２に設けるから、反応性イオンエッチング等のマイクロマシニング技術を用いてアクチュエータ６等と一体的かつ高精度にファイバ押え１０を形成できる。このため、他の部材に形成した場合に比べて、光ファイバ５の位置合わせ精度を高めることができる。
【００３８】
次に、図１０ないし図１７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ファイバ押えの押付け部には、シリコン基板の厚さ方向に向けて斜めに傾斜して光ファイバに面接触する傾斜面を形成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３９】
２１はファイバ取付溝３の内部に設けられた本実施の形態によるファイバ押えで、該ファイバ押え２１は、第１の実施の形態によるファイバ押え１０とほぼ同様に、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部２１Ａと、該ばね部２１Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部２１Ｂとによって構成されている。また、押付け部２１Ｂは、略四角形状をなしてばね部２１Ａの先端側から突出すると共に、その角隅には光ファイバ５の挿入を容易にするために面取り部２１Ｄが設けられている。さらに、押付け部２１Ｂには、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜し、他方の内壁面３Ｂから漸次離間する傾斜面２１Ｃが形成されている。
【００４０】
そして、ばね部２１Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、押付け部２１Ｂの傾斜面２１Ｃは、光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側（シリコン基板２の表面側）に弾性的に面接触する。これにより、ファイバ押え２１は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５に押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００４１】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図１３ないし図１７を参照しつつ説明する。
【００４２】
まず、図１３に示すように、シリコン基板２の表面と裏面とにマスクをなす酸化膜２２を形成する。このとき、裏面側の酸化膜２２にはファイバ取付溝３に対応した位置に開口２２Ａを形成すると共に、該開口２２Ａの近傍と中心部位４、アクチュエータ６（図１０参照）等が形成される部位に対して薄肉部２２Ｂを形成しておく。そして、この状態でシリコン基板２の裏面側から開口２２Ａを通じて異方性エッチングを一定時間に亘って施し、テーパ状に傾斜した予備的な傾斜溝２３を形成する。
【００４３】
次に、エッチング等によって酸化膜２２を全体的に薄くすると、図１４に示すように、薄肉部２２Ｂが除去された酸化膜２２′が形成される。このため、再びシリコン基板２の裏面側から異方性エッチングを予め決められた一定時間に亘って施し、浅溝２４と最終的な傾斜溝２５とを形成する。その後、図１５に示すように、酸化膜２２を除去した状態でシリコン基板２の裏面側に第１の基板としてのガラス基板１を陽極接合する。
【００４４】
次に、図１６に示すように、シリコン基板２を貫通するように浅溝２４および傾斜溝２５に対応した部位に対して、シリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施し、ミラー８等のアクチュエータ６を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え２１を一緒に形成する。このとき、ファイバ押え２１の押付け部２１Ｂには異方性エッチングに基づく傾斜面２１Ｃが形成される。そして、この状態で、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成し、鏡面仕上げを行う。
【００４５】
最後に、図１７に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に光ファイバ５を挿入し、接着剤等で固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００４６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、ファイバ押え２１の押付け部２１Ｂにはシリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した傾斜面２１Ｃを形成したから、傾斜面２１Ｃは光ファイバ５に面接触する。このため、第１の実施の形態のように押付け部１０Ｂの角隅等を光ファイバ５に線接触させる場合に比べて、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を容易に発生させることができ、光ファイバ５に対して安定的に斜め方向（矢示Ｂ方向）に向かう押付け力を加えることができる。
【００４７】
また、単結晶シリコンからなるシリコン基板２に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面２１Ｃをもった押付け部２１Ｂを形成することができるから、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べてファイバ押え２１の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
【００４８】
次に、図１８ないし図２６は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、アクチュエータをシリコン基板の表面側に設けられ複数の光ファイバ間を跨いで延びる腕部と、該腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部の両端側に設けられ該ミラーを光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成すると共に、ファイバ押えを、シリコン基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４９】
３１は本実施の形態によるアクチュエータで、該アクチュエータ３１は、中心部位４を挟んで対向して配置された２つの島部２Ａに形成されている。そして、アクチュエータ３１は、複数の光ファイバ５間に位置する中心部位４を跨いで２つの島部２Ａ内に向けてそれぞれ直線状に延びる腕部３２と、中心部位４の光路Ｏ1，Ｏ2に進退可能となって腕部３２の長さ方向の途中に位置してガラス基板１に向けて垂下して設けられた腕部３２よりも薄幅のミラー３３と、腕部３２の両端側にそれぞれ設けられ腕部３２をその長さ方向（矢示Ａ方向）に向けて変位させる２つの駆動部３４とによって大略構成されている。ここで、ミラー３３は、薄膜の導電性金属材料等にからなるミラー膜３３Ａによって覆われている。
【００５０】
また、駆動部３４は、第１の実施の形態による駆動部９とほぼ同様に、腕部３２の幅方向両側から腕部３２の長さ方向と直交する方向に向けて直線状に延び腕部３２が矢示Ａ方向に変位可能となるように支持する支持梁３４Ａと、腕部３２の端部側に形成され腕部３２と一緒に変位する可動側櫛歯電極３４Ｂと、該可動側櫛歯電極３４Ｂと噛合してガラス基板１に固定して形成された固定側櫛歯電極３４Ｃとによって大略構成されている。そして、２つの櫛歯電極３４Ｂ，３４Ｃ間に逆極性または同極性の電圧を印加することによって、櫛歯電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電引力または静電斥力が発生し、腕部３２、ミラー３３、可動側櫛歯電極３４Ｂは、全体として矢示Ａ方向に向けて変位する。
【００５１】
３５はファイバ取付溝３の内部に設けられたファイバ押えで、該ファイバ押え３５は、第１の実施の形態によるファイバ押え１０とほぼ同様に、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部３５Ａと、該ばね部３５Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部３５Ｂとによって構成されている。ここで、ファイバ押え３５は、アクチュエータ３１の腕部３２と一緒にファイバ取付溝３に挿入される光ファイバ５の軸心Ｏ（コア）よりもシリコン基板２の表面側（ガラス基板１とは反対側）に形成されると共に、その厚さ寸法はアクチュエータ３１の腕部３２とほぼ同じ値に設定されている。また、押付け部３５Ｂは、略四角形状をなしてばね部３５Ａの先端側から突出している。
【００５２】
そして、ばね部３５Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、押付け部３５Ｂは、光ファイバ５の一部をガラス基板１との間に挟みつつ光ファイバ５を他方の内壁面３Ｂに向けて弾性的に押付ける。これにより、ファイバ押え３５は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５を押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００５３】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図２０ないし図２５を参照しつつ説明する。
【００５４】
まず、図２０に示すように、シリコン基板２よりも厚いシリコン基板２′を用意する。そして、シリコン基板２′の裏面側には、ファイバ取付溝３、中心部位４、アクチュエータ６(図１９参照)等が形成される部位に対してシリコン基板２′の厚さ方向の途中位置まで反応性イオンエッチング（ＤＥＥＰ ＲＩＥ）を施し、ファイバ取付溝３に対応した部位にはファイバ取付溝３とほぼ同じ幅寸法をもった予備ファイバ取付溝３６を形成すると共に、中心部位４に対応した部位にはミラー３３に対応した突起３７を残存させた予備凹溝３８を形成する。
【００５５】
次に、図２１に示すように、シリコン基板２′の裏面側がメタルマスク３９を取付け、スパッタ、真空蒸着等によって突起３７の表面を薄膜状の導電性金属材料からなるミラー膜３３Ａによって覆い、ミラー３３を形成する。
【００５６】
次に、図２２に示すように、シリコン基板２′の裏面側にガラス基板１を陽極接合する。このとき、ガラス基板１の表面側には中心部位４、アクチュエータ６等が対面する位置に浅溝４０が形成され、該浅溝４０によってミラー３３等がガラス基板１に接触するのを防いでいる。そして、この状態で、図２３に示すようにシリコン基板２′の表面側を研磨し、厚さ寸法が薄いシリコン基板２を形成する。
【００５７】
次に、図２４に示すように、シリコン基板２を貫通するように予備ファイバ取付溝３６および予備凹溝３８に対応した部位に対して、シリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施す。これにより、腕部３２、ミラー３３等からなるアクチュエータ３１を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え３５を一緒に形成する。
【００５８】
このとき、シリコン基板２には予め予備ファイバ取付溝３６および予備凹溝３８を形成してあるのに加え、ミラー３３も既に形成されているから、反応性イオンエッチングはシリコン基板２のうち残余の厚さ寸法に対して行えばよく、全ての厚さ寸法に対して行うのに比べて、短時間で終了する。また、ファイバ押え３５はアクチュエータ３１の腕部３２と同じ厚さ寸法に設定されているから、腕部３２を形成するのと一緒にファイバ押え３５が形成される。
【００５９】
最後に、図２５に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に光ファイバ５を挿入し、接着剤等で固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００６０】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き製造方法を用いて製造されるものであり、次に、そのスイッチング動作について説明する。
【００６１】
まず、アクチュエータ３１の可動側櫛歯電極３４Ｂと固定側櫛歯電極３４Ｃとの間に電圧を印加しないときには、支持梁３４Ａの弾性力によってミラー３３は中心部位４に進入した位置（光路Ｏ1，Ｏ2の途中位置）にある。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、ミラー３３によって反射し、互いに直交する光路Ｏ2，Ｏ1に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。
【００６２】
一方、アクチュエータ３１の一方の駆動部３４の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に逆極性（正負）の電圧を印可し、他方の駆動部３４の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に同極性の電圧（例えば正）を印可したときには、一方の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電引力が発生し、他方の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電斥力が発生するから、支持梁３４Ａの弾性力に抗してミラー３３は中心部位４から退出する。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。この結果、電極３４Ｂ，３４Ｃ間に電圧を印加するか否かに基づいて、接続する光路Ｏ1，Ｏ2を切換えることができる。
【００６３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、腕部３２の長さ方向の途中に位置してガラス基板１に向けて垂下してミラー３３を設ける構成としたから、腕部３２の両端側の２箇所に駆動部３４を配置することができる。
【００６４】
即ち、図２６に示すように、本実施の形態では腕部３２に垂下してミラー３３を設けたから、腕部３２が光路Ｏ1，Ｏ2を遮ることがない。一方、図２７に示す比較例（第１の実施の形態）のように腕部７の厚さ寸法全長に亘ってミラー８を設けるときには、ミラー８を越えて腕部７を延長すると、腕部７が光路Ｏ1，Ｏ2を遮ることになる。このため、腕部７の厚さ寸法全長に亘ってミラー８を設けるときには、片持ち状態の腕部７の先端にミラー８を設ける必要があり、腕部７の基端側となる１箇所にしか駆動部を配置できない。
【００６５】
これに対し、本実施の形態では、腕部３２の両端側の２箇所に駆動部３４を配置することができるから、アクチュエータ３１の駆動電圧を低下させることができ、操作性を向上させることができると共に、シリコン基板２を無駄なく有効に利用することができる。
【００６６】
また、ファイバ押え３５は、シリコン基板２の表面側に位置してアクチュエータ３１の腕部３２と一緒に形成する構成としたから、ファイバ押え３５と別個にアクチュエータ３１等を加工するのに比べて、長時間の加工が必要となる反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができる。
【００６７】
さらに、シリコン基板２の厚さ寸法全長に亘って反応性イオンエッチングを施したときには、シリコン基板２の厚さ方向に対してずれる傾向があり、ミラー３３の鏡面に歪み等が生じ易い。これに対し、本実施の形態では、シリコン基板２の厚さ寸法途中位置まで反応性イオンエッチングを施すことによって腕部３２に垂下したミラー３３を形成するから、ミラー３３の歪みが生じ難く、光路Ｏ1，Ｏ2間の切換え精度を高め、信頼性を向上させることができる。
【００６８】
なお、前記第３の実施の形態では、予めシリコン基板２よりも厚いシリコン基板２′を用意すると共に、このシリコン基板２′の裏面側にエッチング加工を施し、ガラス基板１を接合した後に、その表面側を研磨して所定の厚さ寸法をもったシリコン基板２を形成するものとした。この場合、シリコン基板２′を研磨する行程が必要になるものの、製造する際のハンドリング時にシリコン基板２′に欠損、亀裂等が生じるのを防止でき、製造歩留まりを向上することができる。
【００６９】
しかし、本発明はこれに限るものではなく、第３の実施の形態において、シリコン基板２′に代えて加工当初から厚さ寸法の薄いシリコン基板２を用いるものとしてもよい。これにより、シリコン基板２′の研磨行程を省くことができる。一方、第１，第２の実施の形態では、加工当初から厚さ寸法の薄いシリコン基板２を用いるものとしたが、第３の実施の形態と同様に、加工当初は厚さ寸法の厚いシリコン基板２′を用い、ガラス基板１を接合した後に研磨行程を施して薄いシリコン基板２を形成するものとしてもよい。
【００７０】
また、前記第３の実施の形態では、２つの駆動部３４で互いに可動側櫛歯電極３４Ｂと固定側櫛歯電極３４Ｃとが逆位置（対称となる位置）に配置し、一方の駆動部３４に静電引力を発生させ、他方の駆動部３４に静電斥力を発生させるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２８および図２９に示す変形例のように、２つの駆動部３４′で互いに可動側櫛歯電極３４Ｂ′と固定側櫛歯電極３４Ｃ′とが同じ位置（平行移動した位置）に配置し、両方の駆動部３４′に静電引力を発生させて駆動する構成としてもよい。
【００７１】
また、前記第３の実施の形態では、４本のファイバ取付溝３を十字状に配置するものとしたが、例えば図２８および図２９に示す変形例のように、２本の光路Ｏ1，Ｏ2が平行に並ぶように４本のファイバ取付溝３′を２本ずつ平行に配置する構成としてもよい。この場合、腕部３２′には略三角形状をなした２つのミラー３３′を離間して設け、これらをハの字形状をなすように配置する。
【００７２】
これにより、図２８に示すように駆動部３４′が停止した状態では、光ファイバ５から出射した光は２つのミラー３３′によって逆方向に反射され、図２８中の左側の２つの光ファイバ５が接続されると共に、右側の２つの光ファイバ５が接続される。一方、図２９に示すように駆動部３４′が駆動した状態では、ミラー３３′が移動するから、光ファイバ５から出射した光はミラー３３′に当たらず直進し、図２９中の上側の２つの光ファイバ５が接続されると共に、下側の２つの光ファイバ５が接続される。
【００７３】
また、前記各実施の形態では、駆動部９，３４には櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ，３４Ｂ，３４Ｃを用いる構成とした。しかし、本発明これに限らず、例えば平行平板電極を用いて駆動部を構成してもよい。
【００７４】
さらに、前記各実施の形態では、第１の基板としてガラス基板１を用いるものとしたが、例えば第１の基板としてシリコン基板等を用いるものとしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、第２の基板のファイバ取付溝内にはファイバ押えを設けたから、該ファイバ押えを用いて光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入するだけで、光ファイバをファイバ取付溝の幅方向（水平方向）と第２の基板の厚さ方向（垂直方向）の２方向に対して位置決めすることができ、光ファイバの取付け性を向上させることができる。
【００７６】
また、ファイバ押えを基端側がファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側がファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられた光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて押付ける押付け部とによって構成したから、押付け部を光ファイバに接触させることによって、光ファイバに対して第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を加えることができる。このため、ファイバ押えの押付け部によって、光ファイバを容易に位置決めすることができる。
さらに、押付け部の角隅に面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
【００７７】
請求項２の発明によれば、ファイバ押えの押付け部には第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した傾斜面を形成したから、傾斜面は光ファイバに面接触する。このため、例えば押付け部の角隅等を光ファイバに線接触させる場合に比べて、第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を発生させることができ、光ファイバに対して安定的に斜め方向に向かう押付け力を加え、光ファイバを位置決めすることができる。また、第２の基板に単結晶シリコンを用いる場合には、該シリコン基板に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面をもった押付け部を形成することができる。このため、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項３の発明によれば、押付け部の角隅には面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって光ファイバの挿入を容易にすることができる。
請求項４の発明によれば、押付け部の傾斜面は単結晶シリコンに異方性エッチングを施すことによって形成したから、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項５の発明によれば、アクチュエータの表面とファイバ押えの表面とが同一面を形成する構成としたから、例えばアクチュエータとファイバ押えとを同一のエッチング工程で一緒に形成することができる。
【００７８】
請求項６の発明によれば、腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向かうミラーを設ける構成としたから、腕部によって光路を遮ることがなく、腕部の両端側の２箇所に駆動部を形成することができる。このため、１つの駆動部を用いる場合に比べて、各駆動部に印加する電圧等を低下させることができ、操作性を向上させることができる。また、ファイバ押えはアクチュエータの腕部と一緒に形成するから、ファイバ押えと別個にアクチュエータを加工するのに比べて、例えば反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項７の発明によれば、腕部には２つの駆動部を設ける構成としたから、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図２】ファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。
【図３】図１中のファイバ取付溝、ファイバ押え等を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図４】図３中のファイバ押えと光ファイバを拡大して示す要部拡大斜視図である。
【図５】シリコン基板に浅溝を形成した状態を示す図２と同様位置の断面図である。
【図６】図５中のシリコン基板に予備ファイバ取付溝を形成した状態を示す断面図である。
【図７】図６中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図８】図７中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図９】図８中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態による光スイッチ装置のファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を示す図２と同様位置の断面図である。
【図１１】ファイバ取付溝、ファイバ押え等を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図１２】図３中のファイバ押えと光ファイバを拡大して示す要部拡大斜視図である。
【図１３】シリコン基板の裏面から異方性エッチングを施し、予備的な傾斜溝を形成した状態を示す図１０と同様位置の断面図である。
【図１４】図１３中のシリコン基板に更なる異方性エッチングを施し、浅溝と最終的な傾斜溝を形成した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１６】図１５中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図１７】図１６中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図１９】ファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を図１８中の矢示XIX−XIX方向からみた断面図である。
【図２０】シリコン基板の裏面から反応性イオンエッチングを施し、予備ファイバ取付溝、予備凹溝を形成した状態を示す図１９と同様位置の断面図である。
【図２１】図２０中のシリコン基板の裏面にメタルマスクを取付け、ミラー膜を形成した状態を示す断面図である。
【図２２】図２１中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図２３】図２２中のシリコン基板の表面を研磨した状態を示す断面図である。
【図２４】図２３中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図２５】図２４中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図２６】第３の実施の形態による腕部、ミラーおよび光ファイバの配置関係を示す斜視図である。
【図２７】比較例による腕部、ミラーおよび光ファイバの配置関係を示す斜視図である。
【図２８】本発明の変形例による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図２９】図２８中の光スイッチ装置を駆動部が駆動した状態で示す平面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板（第１の基板）
２ シリコン基板（第２の基板）
３，３′ ファイバ取付溝
３Ａ，３Ｂ，３Ａ′，３Ｂ′ 内壁面
４，４′ 中心部位
５ 光ファイバ
６，３１，３１′ アクチュエータ
７，３２，３２′ 腕部
８，３３，３３′ ミラー
９，３４，３４′ 駆動部
１０，２１，３５ ファイバ押え
１０Ａ，２１Ａ，３５Ａ ばね部
１０Ｂ，２１Ｂ，３５Ｂ 押付け部
２１Ｃ 傾斜面
Ｏ1，Ｏ2 光路
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばミラーを用いて複数のファイバ間を接続する光路を切換える光スイッチ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、光スイッチ装置として、シリコン基板等からなる第１の基板に他のシリコン基板等からなる第２の基板を衝合して設け、該第２の基板には第１の基板との間に互いに９０度ずつ離間して放射状に延びる合計４本のファイバ取付溝を形成すると共に、第２の基板には互いに対向する２本ずつの光ファイバ間に進退するミラーを有し当該光ファイバ間の光路を切換える静電アクチュエータを設けたものが知られている（例えば、米国特許第６３１５４６２号明細書等）。
【０００３】
このような従来技術では、例えば静電アクチュエータが停止しているときは、光ファイバ間にミラーが進入しているから、光ファイバから出射された光は、ミラーによって直交する方向に向けて反射され、互いに直交する２本ずつの光ファイバが接続された状態となる。一方、静電アクチュエータを駆動したときには、光ファイバ間からミラーが退出するから、光ファイバから出射された光は直進し、互いに対向する２本ずつの光ファイバが接続された状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術では、光ファイバの光軸を合わせるために、ファイバ取付溝内の対向する２つの内壁面のうち一方の内壁面には他方の内壁面に向けて光ファイバを押付ける弾性ブラケットが設けられていた。しかし、この弾性ブラケットは、第２の基板の水平方向に対して光ファイバを位置決めするものの、垂直方向に対する位置決めは行っていなかった。このため、光ファイバの光軸を合わせるためには別部材を用いて光ファイバを第１の基板に向けて押付ける必要があり、光ファイバの取付け性が悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、別部材を用いることなく、光ファイバを水平方向と垂直方向に位置決めすることができ、光ファイバの取付け性を高めた光スイッチ装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明は、第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置に適用される。
【０００７】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入し、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けたことにある。
【０００８】
このように構成したことにより、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入したときには、ファイバ押えを用いて光ファイバをファイバ取付溝内の他方の内壁面に向けて押付けると共に、第１の基板に向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入するだけで、光ファイバを水平方向と垂直方向の２方向に対して位置決めすることができる。
【０００９】
また、請求項１の発明では、ファイバ押えは、基端側がファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けている。
【００１０】
これにより、押付け部は、ばね部のばね性によって弾性的に光ファイバに接触すると共に、光ファイバをファイバ取付溝の他方の内壁面と第１の基板とに向けて斜めに押付けて位置決めすることができる。また、押付け部の角隅に面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
【００１１】
一方、請求項２の発明が採用する構成の特徴は、前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、前記押付け部には、前記第２の基板の厚さ方向に向けて斜めに傾斜して光ファイバに面接触する傾斜面を形成し、前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入する構成としたことにある。
【００１２】
これにより、傾斜面は光ファイバに面接触するから、例えば押付け部の角隅等を光ファイバに線接触させる場合に比べて、第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を発生させることができ、光ファイバに対して安定的に斜め方向に向かう押付け力を加えることができる。また、第２の基板として例えば単結晶シリコンからなるシリコン基板を用いる場合には、該シリコン基板に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面をもった押付け部を形成することができる。このため、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができる。
請求項３の発明では、前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けている。これにより、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
請求項４の発明では、前記押付け部の傾斜面は、単結晶シリコンからなる第２の基板に異方性エッチングを施すことによって形成している。これにより、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができる。
請求項５の発明では、前記アクチュエータの表面とファイバ押えの表面とは、同一面を形成している。これにより、例えばアクチュエータとファイバ押えとを同一のエッチング工程で一緒に形成することができる。
【００１３】
また、請求項６の発明が採用する構成の特徴は、前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられ複数の光ファイバ間を跨いで延びる腕部と、該腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部の両端側に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。
【００１４】
これにより、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。また、ミラーは腕部の長さ方向の途中位置に設けるから、例えば腕部の先端にミラーを設けた場合には腕部の基端側の１箇所にしか駆動部を設けることができないのに対し、腕部の両端側の２箇所に静電アクチュエータ等の駆動部を形成することができる。このため、２つの駆動部を用いてミラーを進退させるから、１つの駆動部を用いる場合に比べて、各駆動部に加える電圧等を低下させることができ、操作性を高めることができる。さらに、ファイバ押えはアクチュエータの腕部と一緒に形成するから、ファイバ押えと別個にアクチュエータを加工するのに比べて、例えば反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができる。
また、請求項７の発明が採用する構成の特徴は、前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられた腕部と、該腕部に垂下して前記第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。
この場合も、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。
さらに、請求項８の発明のように、前記第２の基板の表面には、前記ファイバ取付溝を覆うガラス基板を設ける構成としてもよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態による光スイッチ装置を添付図面に従って詳細に説明する。
【００１６】
まず、図１ないし図９は本発明の第１の実施の形態を示し、図において、１は第１の基板としてのガラス基板で、該ガラス基板１は、ガラス材料によって四角形の板状に形成されている。そして、ガラス基板１は略平坦な表面を有し、該表面には後述のファイバ取付溝３、アクチュエータ６等が形成されるものである。
【００１７】
２はガラス基板１の表面に衝合して設けられた第２の基板としてのシリコン基板で、該シリコン基板２は、例えば単結晶または多結晶のシリコン材料からなり、ガラス基板１と略同じ大きさをもった四角形の板状に形成されている。そして、シリコン基板２は、例えば陽極接合法等によってガラス基板１の表面側に接合されている。
【００１８】
３はガラス基板１とシリコン基板２とに間に形成された合計４本のファイバ取付溝で、該ファイバ取付溝３は、互いに９０度ずつ離間して放射状（十字状）に配置されている。また、ファイバ取付溝３は、互いに交差（直交）する２本の光路Ｏ1，Ｏ2に沿って直線状に設けられ、各光路Ｏ1，Ｏ2に対して交差する中心部位４を挟んで２本ずつ配置されている。そして、ファイバ取付溝３は、シリコン基板２を厚さ方向に貫通して形成され、シリコン基板２を略三角形状の４つの島部２Ａに分離すると共に、その内部には互いに対向した内壁面３Ａ，３Ｂが形成され、その底面にはガラス基板１が露出している。
【００１９】
５はファイバ取付溝３に取付けられた光ファイバで、該光ファイバ５は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って２本ずつ合計４本取付けられている。また、各光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された２本ずつの光ファイバ５は、中心部位４を挟んで互いに間隔をもって対向している。
【００２０】
６はシリコン基板２のうち２本のファイバ取付溝３に挟まれた島部２Ａに形成されたアクチュエータで、該アクチュエータ６は、光路Ｏ1，Ｏ2に対して交差する中心部位４から島部２Ａ内に向けて直線状に延びる腕部７と、中心部位４に進退可能となって腕部７の先端に形成された薄幅のミラー８と、腕部７の基端側に設けられ腕部７をその長さ方向（矢示Ａ方向）に向けて変位させる駆動部９とによって大略構成されている。そして、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成され、鏡面仕上げがなされている。
【００２１】
また、駆動部９は、腕部７の幅方向両側から腕部７の長さ方向と直交する方向に向けて直線状に延び腕部７が矢示Ａ方向に変位可能となるように支持する支持梁９Ａと、腕部７の基端側に形成され腕部７と一緒に変位する可動側櫛歯電極９Ｂと、該可動側櫛歯電極９Ｂと噛合してガラス基板１に固定して形成された固定側櫛歯電極９Ｃとによって大略構成されている。ここで、腕部７、ミラー８、支持梁９Ａ、可動側櫛歯電極９Ｂは、支持梁９Ａによってガラス基板１の表面から離間した状態（浮き上がった状態）で支持されている。そして、２つの櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ間に電圧を印加することによって、櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ間に静電引力が発生し、腕部７、ミラー８、可動側櫛歯電極９Ｂは、全体として矢示Ａ方向に向けて変位する。
【００２２】
１０はファイバ取付溝３の内部に設けられたファイバ押えで、該ファイバ押え１０は、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部１０Ａと、該ばね部１０Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部１０Ｂとによって構成されている。ここで、ファイバ押え１０は、ファイバ取付溝３に挿入される光ファイバ５の軸心Ｏ（コア）よりもシリコン基板２の表面側（ガラス基板１とは反対側）に形成されている。また、押付け部１０Ｂは、略四角形状をなしてばね部１０Ａの先端側から突出すると共に、その角隅には光ファイバ５の挿入を容易にするために面取り部１０Ｃが設けられている。
【００２３】
そして、ばね部１０Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、断面略四角形状をなす押付け部１０Ｂの角隅側は、光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側（シリコン基板２の表面側）に弾性的に接触する。これにより、ファイバ押え１０は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５を押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００２４】
１１はシリコン基板２の表面に設けられたカバー基板としてのガラス基板で、該ガラス基板１１は、ガラス基板１とほぼ同じ四角形状をなし、陽極接合等によってシリコン基板２の表面に接合されている。また、ガラス基板１１の裏面側にはファイバ取付溝３およびアクチュエータ６を覆う位置に浅溝１１Ａが設けられ、該浅溝１１Ａはアクチュエータ６、ファイバ押え１０とガラス基板１１との間に隙間を形成している。これにより、アクチュエータ６、ファイバ押え１０がガラス基板１１に接触するのを防止し、これらの変位動作等を補償している。
【００２５】
なお、カバー基板としてのガラス基板１１は必ずしも必要ではなく、省く構成としてもよい。
【００２６】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図５ないし図９を参照しつつ説明する。
【００２７】
まず、図５に示すように、シリコン基板２の裏面側には、ファイバ取付溝３、中心部位４、アクチュエータ６(図２参照)等が形成される部位に対して部分的に反応性イオンエッチング（ＤＥＥＰ ＲＩＥ）を施し、浅溝１２を形成する。
【００２８】
次に、図６に示すように、ファイバ取付溝３に対応した部分に対してシリコン基板２の裏面側から再び反応性イオンエッチングを施し、シリコン基板２の表面側にファイバ押え１０に対応した厚さ寸法だけを残存させた予備ファイバ取付溝１３を形成する。その後、図７に示すように、シリコン基板２の裏面側に第１の基板としてのガラス基板１を陽極接合する。
【００２９】
次に、図８に示すように、シリコン基板２の浅溝１２に対応した部位に対して、シリコン基板２を貫通するようにシリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施し、ミラー８等のアクチュエータ６を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え１０を一緒に形成する。この状態で、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成し、鏡面仕上げを行う。
【００３０】
最後に、図９に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に向けてファイバ取付溝３に沿って光ファイバ５を挿入した後に、光ファイバ５を接着剤等を用いて固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００３１】
なお、本実施の形態では、シリコン基板２に予め浅溝１２を形成するものとしたが、浅溝１２に代えてガラス基板１に浅溝を形成する構成としてもよい。
【００３２】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き製造方法を用いて製造されるものであり、次に、そのスイッチング動作について説明する。
【００３３】
まず、アクチュエータ６の可動側櫛歯電極９Ｂと固定側櫛歯電極９Ｃとの間に電圧を印加しないときには、支持梁９Ａの弾性力によってミラー８は中心部位４に進入した位置にある。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、ミラー８によって反射し、互いに直交する光路Ｏ2，Ｏ1に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。
【００３４】
一方、アクチュエータ６の可動側櫛歯電極９Ｂと固定側櫛歯電極９Ｃとの間に電圧を印加したときには、電極９Ｂ，９Ｃ間に静電引力が発生するから、支持梁９Ａの弾性力に抗してミラー８は中心部位４から退出する。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。この結果、電極９Ｂ，９Ｃ間に印加する電圧の有無に基づいて、接続する光路Ｏ1，Ｏ2を切換えることができる。
【００３５】
然るに、本実施の形態では、シリコン基板２のファイバ取付溝３内には一方の内壁面３Ａに位置するファイバ押え１０を設けたから、該ファイバ押え１０を用いて光ファイバ５を他方の内壁面３Ｂに向けて押付けると共に、ガラス基板１に向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバ５をファイバ取付溝３内に挿入するだけで、光ファイバ５をファイバ取付溝３の幅方向（水平方向）とシリコン基板２の厚さ方向（垂直方向）の２方向に対して位置決めすることができ、光ファイバ５の取付け性を向上させることができる。
【００３６】
また、ファイバ押え１０は、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられ先端側がファイバ取付溝３の幅方向に変位可能なばね部１０Ａと、該ばね部１０Ａの先端側に設けられ光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側に接触する押付け部１０Ｂとによって構成したから、光ファイバ５に対してシリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を加えることができる。このため、ファイバ押え１０の押付け部１０Ｂによって、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて斜めに押付けることができる。
【００３７】
また、ファイバ押え１０はシリコン基板２に設けるから、反応性イオンエッチング等のマイクロマシニング技術を用いてアクチュエータ６等と一体的かつ高精度にファイバ押え１０を形成できる。このため、他の部材に形成した場合に比べて、光ファイバ５の位置合わせ精度を高めることができる。
【００３８】
次に、図１０ないし図１７は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、ファイバ押えの押付け部には、シリコン基板の厚さ方向に向けて斜めに傾斜して光ファイバに面接触する傾斜面を形成したことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００３９】
２１はファイバ取付溝３の内部に設けられた本実施の形態によるファイバ押えで、該ファイバ押え２１は、第１の実施の形態によるファイバ押え１０とほぼ同様に、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部２１Ａと、該ばね部２１Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部２１Ｂとによって構成されている。また、押付け部２１Ｂは、略四角形状をなしてばね部２１Ａの先端側から突出すると共に、その角隅には光ファイバ５の挿入を容易にするために面取り部２１Ｄが設けられている。さらに、押付け部２１Ｂには、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜し、他方の内壁面３Ｂから漸次離間する傾斜面２１Ｃが形成されている。
【００４０】
そして、ばね部２１Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、押付け部２１Ｂの傾斜面２１Ｃは、光ファイバ５のうち軸心Ｏよりも一方の内壁面３Ａ側で、かつ軸心Ｏを挟んでガラス基板１とは反対側（シリコン基板２の表面側）に弾性的に面接触する。これにより、ファイバ押え２１は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５に押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００４１】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図１３ないし図１７を参照しつつ説明する。
【００４２】
まず、図１３に示すように、シリコン基板２の表面と裏面とにマスクをなす酸化膜２２を形成する。このとき、裏面側の酸化膜２２にはファイバ取付溝３に対応した位置に開口２２Ａを形成すると共に、該開口２２Ａの近傍と中心部位４、アクチュエータ６（図１０参照）等が形成される部位に対して薄肉部２２Ｂを形成しておく。そして、この状態でシリコン基板２の裏面側から開口２２Ａを通じて異方性エッチングを一定時間に亘って施し、テーパ状に傾斜した予備的な傾斜溝２３を形成する。
【００４３】
次に、エッチング等によって酸化膜２２を全体的に薄くすると、図１４に示すように、薄肉部２２Ｂが除去された酸化膜２２′が形成される。このため、再びシリコン基板２の裏面側から異方性エッチングを予め決められた一定時間に亘って施し、浅溝２４と最終的な傾斜溝２５とを形成する。その後、図１５に示すように、酸化膜２２を除去した状態でシリコン基板２の裏面側に第１の基板としてのガラス基板１を陽極接合する。
【００４４】
次に、図１６に示すように、シリコン基板２を貫通するように浅溝２４および傾斜溝２５に対応した部位に対して、シリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施し、ミラー８等のアクチュエータ６を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え２１を一緒に形成する。このとき、ファイバ押え２１の押付け部２１Ｂには異方性エッチングに基づく傾斜面２１Ｃが形成される。そして、この状態で、ミラー８の表面には、スパッタ、蒸着等の手段を用いて導電性金属材料等からなる薄膜(図示せず)が形成し、鏡面仕上げを行う。
【００４５】
最後に、図１７に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に光ファイバ５を挿入し、接着剤等で固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００４６】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、ファイバ押え２１の押付け部２１Ｂにはシリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した傾斜面２１Ｃを形成したから、傾斜面２１Ｃは光ファイバ５に面接触する。このため、第１の実施の形態のように押付け部１０Ｂの角隅等を光ファイバ５に線接触させる場合に比べて、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を容易に発生させることができ、光ファイバ５に対して安定的に斜め方向（矢示Ｂ方向）に向かう押付け力を加えることができる。
【００４７】
また、単結晶シリコンからなるシリコン基板２に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面２１Ｃをもった押付け部２１Ｂを形成することができるから、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べてファイバ押え２１の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
【００４８】
次に、図１８ないし図２６は本発明の第３の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、アクチュエータをシリコン基板の表面側に設けられ複数の光ファイバ間を跨いで延びる腕部と、該腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部の両端側に設けられ該ミラーを光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成すると共に、ファイバ押えを、シリコン基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことにある。なお、本実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００４９】
３１は本実施の形態によるアクチュエータで、該アクチュエータ３１は、中心部位４を挟んで対向して配置された２つの島部２Ａに形成されている。そして、アクチュエータ３１は、複数の光ファイバ５間に位置する中心部位４を跨いで２つの島部２Ａ内に向けてそれぞれ直線状に延びる腕部３２と、中心部位４の光路Ｏ1，Ｏ2に進退可能となって腕部３２の長さ方向の途中に位置してガラス基板１に向けて垂下して設けられた腕部３２よりも薄幅のミラー３３と、腕部３２の両端側にそれぞれ設けられ腕部３２をその長さ方向（矢示Ａ方向）に向けて変位させる２つの駆動部３４とによって大略構成されている。ここで、ミラー３３は、薄膜の導電性金属材料等にからなるミラー膜３３Ａによって覆われている。
【００５０】
また、駆動部３４は、第１の実施の形態による駆動部９とほぼ同様に、腕部３２の幅方向両側から腕部３２の長さ方向と直交する方向に向けて直線状に延び腕部３２が矢示Ａ方向に変位可能となるように支持する支持梁３４Ａと、腕部３２の端部側に形成され腕部３２と一緒に変位する可動側櫛歯電極３４Ｂと、該可動側櫛歯電極３４Ｂと噛合してガラス基板１に固定して形成された固定側櫛歯電極３４Ｃとによって大略構成されている。そして、２つの櫛歯電極３４Ｂ，３４Ｃ間に逆極性または同極性の電圧を印加することによって、櫛歯電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電引力または静電斥力が発生し、腕部３２、ミラー３３、可動側櫛歯電極３４Ｂは、全体として矢示Ａ方向に向けて変位する。
【００５１】
３５はファイバ取付溝３の内部に設けられたファイバ押えで、該ファイバ押え３５は、第１の実施の形態によるファイバ押え１０とほぼ同様に、基端側がファイバ取付溝３の一方の内壁面３Ａに取付けられファイバ取付溝３に沿って延びる片持ち梁としてのばね部３５Ａと、該ばね部３５Ａの先端側で他方の内壁面３Ｂに向けて突出して設けられた押付け部３５Ｂとによって構成されている。ここで、ファイバ押え３５は、アクチュエータ３１の腕部３２と一緒にファイバ取付溝３に挿入される光ファイバ５の軸心Ｏ（コア）よりもシリコン基板２の表面側（ガラス基板１とは反対側）に形成されると共に、その厚さ寸法はアクチュエータ３１の腕部３２とほぼ同じ値に設定されている。また、押付け部３５Ｂは、略四角形状をなしてばね部３５Ａの先端側から突出している。
【００５２】
そして、ばね部３５Ａの先端側は、ファイバ取付溝３の幅方向に対して変位可能となり、押付け部３５Ｂは、光ファイバ５の一部をガラス基板１との間に挟みつつ光ファイバ５を他方の内壁面３Ｂに向けて弾性的に押付ける。これにより、ファイバ押え３５は、シリコン基板２の厚さ方向に対して斜めに傾斜した矢示Ｂ方向に向けて光ファイバ５を押付ける押付け力を付与し、光ファイバ５をファイバ取付溝３の他方の内壁面３Ｂとガラス基板１とに向けて押付けるものである。
【００５３】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き構成を有するもので、次にその製造方法について図２０ないし図２５を参照しつつ説明する。
【００５４】
まず、図２０に示すように、シリコン基板２よりも厚いシリコン基板２′を用意する。そして、シリコン基板２′の裏面側には、ファイバ取付溝３、中心部位４、アクチュエータ６(図１９参照)等が形成される部位に対してシリコン基板２′の厚さ方向の途中位置まで反応性イオンエッチング（ＤＥＥＰ ＲＩＥ）を施し、ファイバ取付溝３に対応した部位にはファイバ取付溝３とほぼ同じ幅寸法をもった予備ファイバ取付溝３６を形成すると共に、中心部位４に対応した部位にはミラー３３に対応した突起３７を残存させた予備凹溝３８を形成する。
【００５５】
次に、図２１に示すように、シリコン基板２′の裏面側がメタルマスク３９を取付け、スパッタ、真空蒸着等によって突起３７の表面を薄膜状の導電性金属材料からなるミラー膜３３Ａによって覆い、ミラー３３を形成する。
【００５６】
次に、図２２に示すように、シリコン基板２′の裏面側にガラス基板１を陽極接合する。このとき、ガラス基板１の表面側には中心部位４、アクチュエータ６等が対面する位置に浅溝４０が形成され、該浅溝４０によってミラー３３等がガラス基板１に接触するのを防いでいる。そして、この状態で、図２３に示すようにシリコン基板２′の表面側を研磨し、厚さ寸法が薄いシリコン基板２を形成する。
【００５７】
次に、図２４に示すように、シリコン基板２を貫通するように予備ファイバ取付溝３６および予備凹溝３８に対応した部位に対して、シリコン基板２の表面側から反応性イオンエッチングを施す。これにより、腕部３２、ミラー３３等からなるアクチュエータ３１を形成すると共に、ファイバ取付溝３、ファイバ押え３５を一緒に形成する。
【００５８】
このとき、シリコン基板２には予め予備ファイバ取付溝３６および予備凹溝３８を形成してあるのに加え、ミラー３３も既に形成されているから、反応性イオンエッチングはシリコン基板２のうち残余の厚さ寸法に対して行えばよく、全ての厚さ寸法に対して行うのに比べて、短時間で終了する。また、ファイバ押え３５はアクチュエータ３１の腕部３２と同じ厚さ寸法に設定されているから、腕部３２を形成するのと一緒にファイバ押え３５が形成される。
【００５９】
最後に、図２５に示すように、シリコン基板２の表面に予め浅溝１１Ａが形成されたカバー基板としてのガラス基板１１を接合する。そして、シリコン基板２の外周縁からファイバ取付溝３内に光ファイバ５を挿入し、接着剤等で固定することによって光スイッチ装置が完成する。
【００６０】
本実施の形態による光スイッチ装置は、上述の如き製造方法を用いて製造されるものであり、次に、そのスイッチング動作について説明する。
【００６１】
まず、アクチュエータ３１の可動側櫛歯電極３４Ｂと固定側櫛歯電極３４Ｃとの間に電圧を印加しないときには、支持梁３４Ａの弾性力によってミラー３３は中心部位４に進入した位置（光路Ｏ1，Ｏ2の途中位置）にある。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、ミラー３３によって反射し、互いに直交する光路Ｏ2，Ｏ1に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。
【００６２】
一方、アクチュエータ３１の一方の駆動部３４の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に逆極性（正負）の電圧を印可し、他方の駆動部３４の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に同極性の電圧（例えば正）を印可したときには、一方の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電引力が発生し、他方の電極３４Ｂ，３４Ｃ間に静電斥力が発生するから、支持梁３４Ａの弾性力に抗してミラー３３は中心部位４から退出する。このため、光路Ｏ1，Ｏ2に沿ってそれぞれ配置された２つの光ファイバ５のうち一方の光ファイバ５から出射された光は、光路Ｏ1，Ｏ2に沿って配置された他方の光ファイバ５に入射され、これらの間で光通信等が行われる。この結果、電極３４Ｂ，３４Ｃ間に電圧を印加するか否かに基づいて、接続する光路Ｏ1，Ｏ2を切換えることができる。
【００６３】
かくして、このように構成される本実施の形態でも、前述した第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。しかし、本実施の形態では、腕部３２の長さ方向の途中に位置してガラス基板１に向けて垂下してミラー３３を設ける構成としたから、腕部３２の両端側の２箇所に駆動部３４を配置することができる。
【００６４】
即ち、図２６に示すように、本実施の形態では腕部３２に垂下してミラー３３を設けたから、腕部３２が光路Ｏ1，Ｏ2を遮ることがない。一方、図２７に示す比較例（第１の実施の形態）のように腕部７の厚さ寸法全長に亘ってミラー８を設けるときには、ミラー８を越えて腕部７を延長すると、腕部７が光路Ｏ1，Ｏ2を遮ることになる。このため、腕部７の厚さ寸法全長に亘ってミラー８を設けるときには、片持ち状態の腕部７の先端にミラー８を設ける必要があり、腕部７の基端側となる１箇所にしか駆動部を配置できない。
【００６５】
これに対し、本実施の形態では、腕部３２の両端側の２箇所に駆動部３４を配置することができるから、アクチュエータ３１の駆動電圧を低下させることができ、操作性を向上させることができると共に、シリコン基板２を無駄なく有効に利用することができる。
【００６６】
また、ファイバ押え３５は、シリコン基板２の表面側に位置してアクチュエータ３１の腕部３２と一緒に形成する構成としたから、ファイバ押え３５と別個にアクチュエータ３１等を加工するのに比べて、長時間の加工が必要となる反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができる。
【００６７】
さらに、シリコン基板２の厚さ寸法全長に亘って反応性イオンエッチングを施したときには、シリコン基板２の厚さ方向に対してずれる傾向があり、ミラー３３の鏡面に歪み等が生じ易い。これに対し、本実施の形態では、シリコン基板２の厚さ寸法途中位置まで反応性イオンエッチングを施すことによって腕部３２に垂下したミラー３３を形成するから、ミラー３３の歪みが生じ難く、光路Ｏ1，Ｏ2間の切換え精度を高め、信頼性を向上させることができる。
【００６８】
なお、前記第３の実施の形態では、予めシリコン基板２よりも厚いシリコン基板２′を用意すると共に、このシリコン基板２′の裏面側にエッチング加工を施し、ガラス基板１を接合した後に、その表面側を研磨して所定の厚さ寸法をもったシリコン基板２を形成するものとした。この場合、シリコン基板２′を研磨する行程が必要になるものの、製造する際のハンドリング時にシリコン基板２′に欠損、亀裂等が生じるのを防止でき、製造歩留まりを向上することができる。
【００６９】
しかし、本発明はこれに限るものではなく、第３の実施の形態において、シリコン基板２′に代えて加工当初から厚さ寸法の薄いシリコン基板２を用いるものとしてもよい。これにより、シリコン基板２′の研磨行程を省くことができる。一方、第１，第２の実施の形態では、加工当初から厚さ寸法の薄いシリコン基板２を用いるものとしたが、第３の実施の形態と同様に、加工当初は厚さ寸法の厚いシリコン基板２′を用い、ガラス基板１を接合した後に研磨行程を施して薄いシリコン基板２を形成するものとしてもよい。
【００７０】
また、前記第３の実施の形態では、２つの駆動部３４で互いに可動側櫛歯電極３４Ｂと固定側櫛歯電極３４Ｃとが逆位置（対称となる位置）に配置し、一方の駆動部３４に静電引力を発生させ、他方の駆動部３４に静電斥力を発生させるものとした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図２８および図２９に示す変形例のように、２つの駆動部３４′で互いに可動側櫛歯電極３４Ｂ′と固定側櫛歯電極３４Ｃ′とが同じ位置（平行移動した位置）に配置し、両方の駆動部３４′に静電引力を発生させて駆動する構成としてもよい。
【００７１】
また、前記第３の実施の形態では、４本のファイバ取付溝３を十字状に配置するものとしたが、例えば図２８および図２９に示す変形例のように、２本の光路Ｏ1，Ｏ2が平行に並ぶように４本のファイバ取付溝３′を２本ずつ平行に配置する構成としてもよい。この場合、腕部３２′には略三角形状をなした２つのミラー３３′を離間して設け、これらをハの字形状をなすように配置する。
【００７２】
これにより、図２８に示すように駆動部３４′が停止した状態では、光ファイバ５から出射した光は２つのミラー３３′によって逆方向に反射され、図２８中の左側の２つの光ファイバ５が接続されると共に、右側の２つの光ファイバ５が接続される。一方、図２９に示すように駆動部３４′が駆動した状態では、ミラー３３′が移動するから、光ファイバ５から出射した光はミラー３３′に当たらず直進し、図２９中の上側の２つの光ファイバ５が接続されると共に、下側の２つの光ファイバ５が接続される。
【００７３】
また、前記各実施の形態では、駆動部９，３４には櫛歯電極９Ｂ，９Ｃ，３４Ｂ，３４Ｃを用いる構成とした。しかし、本発明これに限らず、例えば平行平板電極を用いて駆動部を構成してもよい。
【００７４】
さらに、前記各実施の形態では、第１の基板としてガラス基板１を用いるものとしたが、例えば第１の基板としてシリコン基板等を用いるものとしてもよい。
【００７５】
【発明の効果】
以上詳述した通り、請求項１に記載の発明によれば、第２の基板のファイバ取付溝内にはファイバ押えを設けたから、該ファイバ押えを用いて光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて押付けることができる。このため、別部材を用いることなく、光ファイバをファイバ取付溝に沿ってファイバ取付溝内に挿入するだけで、光ファイバをファイバ取付溝の幅方向（水平方向）と第２の基板の厚さ方向（垂直方向）の２方向に対して位置決めすることができ、光ファイバの取付け性を向上させることができる。
【００７６】
また、ファイバ押えを基端側がファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側がファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられた光ファイバを他方の内壁面と第１の基板とに向けて押付ける押付け部とによって構成したから、押付け部を光ファイバに接触させることによって、光ファイバに対して第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を加えることができる。このため、ファイバ押えの押付け部によって、光ファイバを容易に位置決めすることができる。
さらに、押付け部の角隅に面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって当該光ファイバの挿入を容易にすることができる。
【００７７】
請求項２の発明によれば、ファイバ押えの押付け部には第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した傾斜面を形成したから、傾斜面は光ファイバに面接触する。このため、例えば押付け部の角隅等を光ファイバに線接触させる場合に比べて、第２の基板の厚さ方向に対して斜めに傾斜した押付け力を発生させることができ、光ファイバに対して安定的に斜め方向に向かう押付け力を加え、光ファイバを位置決めすることができる。また、第２の基板に単結晶シリコンを用いる場合には、該シリコン基板に異方性エッチングを施すことによって、傾斜面をもった押付け部を形成することができる。このため、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項３の発明によれば、押付け部の角隅には面取り部を設けたから、光ファイバをファイバ取付溝に沿って挿入したときには、該面取り部によって光ファイバの挿入を容易にすることができる。
請求項４の発明によれば、押付け部の傾斜面は単結晶シリコンに異方性エッチングを施すことによって形成したから、例えば反応性イオンエッチング等を用いた場合に比べて押付け部の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項５の発明によれば、アクチュエータの表面とファイバ押えの表面とが同一面を形成する構成としたから、例えばアクチュエータとファイバ押えとを同一のエッチング工程で一緒に形成することができる。
【００７８】
請求項６の発明によれば、腕部の長さ方向の途中に位置して第１の基板に向かうミラーを設ける構成としたから、腕部によって光路を遮ることがなく、腕部の両端側の２箇所に駆動部を形成することができる。このため、１つの駆動部を用いる場合に比べて、各駆動部に印加する電圧等を低下させることができ、操作性を向上させることができる。また、ファイバ押えはアクチュエータの腕部と一緒に形成するから、ファイバ押えと別個にアクチュエータを加工するのに比べて、例えば反応性イオンエッチング等の加工時間を短縮することができ、生産性を高めることができる。
請求項７の発明によれば、腕部には２つの駆動部を設ける構成としたから、２つの駆動部を用いて腕部を変位させることによって、光路の途中にミラーを進退させることができ、ミラーを用いて光路を切換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図２】ファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を図１中の矢示II−II方向からみた断面図である。
【図３】図１中のファイバ取付溝、ファイバ押え等を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図４】図３中のファイバ押えと光ファイバを拡大して示す要部拡大斜視図である。
【図５】シリコン基板に浅溝を形成した状態を示す図２と同様位置の断面図である。
【図６】図５中のシリコン基板に予備ファイバ取付溝を形成した状態を示す断面図である。
【図７】図６中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図８】図７中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図９】図８中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態による光スイッチ装置のファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を示す図２と同様位置の断面図である。
【図１１】ファイバ取付溝、ファイバ押え等を拡大して示す要部拡大平面図である。
【図１２】図３中のファイバ押えと光ファイバを拡大して示す要部拡大斜視図である。
【図１３】シリコン基板の裏面から異方性エッチングを施し、予備的な傾斜溝を形成した状態を示す図１０と同様位置の断面図である。
【図１４】図１３中のシリコン基板に更なる異方性エッチングを施し、浅溝と最終的な傾斜溝を形成した状態を示す断面図である。
【図１５】図１４中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１６】図１５中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図１７】図１６中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図１９】ファイバ取付溝、ファイバ押え、ミラー等を図１８中の矢示XIX−XIX方向からみた断面図である。
【図２０】シリコン基板の裏面から反応性イオンエッチングを施し、予備ファイバ取付溝、予備凹溝を形成した状態を示す図１９と同様位置の断面図である。
【図２１】図２０中のシリコン基板の裏面にメタルマスクを取付け、ミラー膜を形成した状態を示す断面図である。
【図２２】図２１中のシリコン基板の裏面に支持用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図２３】図２２中のシリコン基板の表面を研磨した状態を示す断面図である。
【図２４】図２３中のシリコン基板の表面から反応性イオンエッチングを施し、ファイバ押え、ミラー等を形成した状態を示す断面図である。
【図２５】図２４中のシリコン基板の表面にカバー用のガラス基板を接合した状態を示す断面図である。
【図２６】第３の実施の形態による腕部、ミラーおよび光ファイバの配置関係を示す斜視図である。
【図２７】比較例による腕部、ミラーおよび光ファイバの配置関係を示す斜視図である。
【図２８】本発明の変形例による光スイッチ装置をカバー用のガラス基板を取外した状態で示す平面図である。
【図２９】図２８中の光スイッチ装置を駆動部が駆動した状態で示す平面図である。
【符号の説明】
１ ガラス基板（第１の基板）
２ シリコン基板（第２の基板）
３，３′ ファイバ取付溝
３Ａ，３Ｂ，３Ａ′，３Ｂ′ 内壁面
４，４′ 中心部位
５ 光ファイバ
６，３１，３１′ アクチュエータ
７，３２，３２′ 腕部
８，３３，３３′ ミラー
９，３４，３４′ 駆動部
１０，２１，３５ ファイバ押え
１０Ａ，２１Ａ，３５Ａ ばね部
１０Ｂ，２１Ｂ，３５Ｂ 押付け部
２１Ｃ 傾斜面
Ｏ1，Ｏ2 光路
Claims (8)
- 第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置において、
前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、
該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、
前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入し、
前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置において、
前記第２の基板には、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうち一方の内壁面側に位置すると共に、前記光ファイバの軸心よりも第１の基板とは反対側に位置して、前記光ファイバを、他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、
該ファイバ押えは、基端側が前記ファイバ取付溝の一方の内壁面に取付けられ先端側が前記ファイバ取付溝の幅方向に変位可能なばね部と、該ばね部の先端側に設けられ前記光ファイバを他方の内壁面と前記第１の基板とに向けて斜めに押付ける押付け部とによって構成し、
前記押付け部には、前記第２の基板の厚さ方向に向けて斜めに傾斜して光ファイバに面接触する傾斜面を形成し、
前記光ファイバは、前記ファイバ取付溝に沿って挿入する構成としたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 前記押付け部の角隅には、前記光ファイバの挿入を容易にするための面取り部を設けてなる請求項２に記載の光スイッチ装置。
- 前記第２の基板は単結晶シリコンによって形成し、
前記押付け部の傾斜面は、該第２の基板に異方性エッチングを施すことによって形成してなる請求項２または３に記載の光スイッチ装置。 - 前記アクチュエータの表面とファイバ押えの表面とは、同一面を形成してなる請求項１，２，３または４に記載の光スイッチ装置。
- 第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置において、
前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられ前記複数の光ファイバ間を跨いで延びる腕部と、該腕部の長さ方向の途中に位置して前記第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部の両端側に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、
前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、
該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 第１の基板と、該第１の基板に衝合して設けられ該第１の基板との間に複数のファイバ取付溝が形成された第２の基板と、該第２の基板の各ファイバ取付溝内に設けられ互いに間隔をもって対向した複数の光ファイバと、前記第２の基板に設けられ該複数の光ファイバ間に進退することによって当該光ファイバ間の光路を切換えるアクチュエータとからなる光スイッチ装置において、
前記アクチュエータは、前記第２の基板の表面側に設けられた腕部と、該腕部に垂下して前記第１の基板に向けて設けられたミラーと、前記腕部に設けられ当該腕部をその長さ方向に向けて変位させ該ミラーを前記光路の途中に進退させる２つの駆動部とによって構成し、
前記第２の基板には、前記光ファイバを、前記ファイバ取付溝内で互いに対向した２つの内壁面のうちいずれか一方の内壁面と前記第１の基板とに向けて押付けるファイバ押えを設け、
該ファイバ押えは、前記第２の基板の表面側に位置して前記アクチュエータの腕部と一緒に形成する構成としたことを特徴とする光スイッチ装置。 - 前記第２の基板の表面には、前記ファイバ取付溝を覆うガラス基板を設ける構成としてなる請求項１，２，３，４，５，６または７に記載の光スイッチ装置。
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