JP2004093680A - Light beam scanning device and optical component - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light beam scanning device which has a small size, large scanning distance and angle of the light beam, is manufactured easily, and has a high degree of freedom for designing optical components, and to provide the optical components. <P>SOLUTION: The light beam scanning device 1 and optical components which are manufactured by processing a silicone substrate and make an incident light beam scan and exit are provided. The light beam scanning device 1 is arranged to tilt at 45 degrees to the optical axis of the incident light, and is provided with parallel driving means 3, 4 for moving a plurality of reflection plates 8a, 8b sequentially reflecting the incident light, and a parallel driving means 3, 4 for simultaneously moving the plurality of reflection plates 8a, 8b in the direction vertical to the optical axis of the incident light. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信に用いられる光部品の小型化に必要な光ビームスキャン装置および光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化を目的にシリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）として、例えば、平面鏡の角度を変化させることで入射した光ビームの反射方向を変化させる１×８光スイッチ（例えば、ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，　Ｖｏｌ．　５，　Ｎｏ．　１，　Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９９９，　ｐｐ．　２６−３２）や、入・出射ウエーブガイドとレンズとを有するコリメータを備えた可変光減衰器（例えば、ＵＳＰ　Ｎｏ．　６，１３７，９４１）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記１×８光スイッチは、マイクロモータによって回転される平面鏡の周囲に複数の出力ファイバを放射状に配置し、入力ファイバから導入された光ビームを、平面鏡の角度を変化させることによって角度方向にスキャンさせて反射させ、所望の出力ファイバに出力するものである。このため、上記１×８光スイッチは、光ビームを角度方向にスキャンさせることはできるが、マイクロモータの回転が間欠的なため、光ビームを角度方向に連続的にスキャンさせることができないと共に、光軸に垂直な方向に光ビームを平行してスキャンさせることができない。従って、上記１×８光スイッチは、光軸に垂直な方向に平行して光ビームをスキャンさせる光部品への応用に制限があった。
【０００４】
一方、上述した可変光減衰器は、図２２に示すように、ファイバキャピラリ１００に設けられた入力ウェーブガイド１０２から入射した光をレンズ１０４を介して反射面１１０で反射させ、再度レンズ１０４を通して入射光と平行な出力ウェーブガイド１１２に入射させている。このとき、可変光減衰器は、回動角度を検出するピエゾ素子１０８を備え、支点１０６を中心として回動自在な反射面１１０の角度を変えることで反射面１１０への入射角を変更している。これにより、可変光減衰器は、反射光のレンズ１０４への入射位置、従って出力ウェーブガイド１１２への入射位置をずらし、出力ウェーブガイド１１２へ入射する光量を減衰させている。このため、可変光減衰器は、レンズ１０４によって光ビームを反射面１１０に結像させる必要があり、ファイバキャピラリ１００とレンズ１０４とを反射面に対して高精度に位置決めしなければならず、高い製造技術が必要とされるという問題があった。
【０００５】
また、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した微小アクチュエータで平面鏡などの構造物を駆動する場合、前記構造物の駆動距離や駆動角度が小さいため、光ビームをスキャンできる距離や角度が小さく、光部品設計上の自由度が小さいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型で、光ビームをスキャンできる距離や角度が大きく、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きい光ビームスキャン装置および光部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明に係る光ビームスキャン装置は、シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を順次反射させる複数枚の反射板と、前記複数枚の反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に同時に移動させる平行駆動手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、複数枚の反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に同時に移動させることで、複数枚の反射板の移動距離が少なくても光ビームをスキャンできる距離を大きくするようにしている。
【０００９】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項２の発明に係る光ビームスキャン装置は、シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を順次反射させる複数枚の反射板と、前記複数枚の反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かす駆動手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、複数枚の反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かすことで、複数枚の反射板の角度変化が少なくても光ビームをスキャンできる角度を大きくするようにしている。
【００１１】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項３の発明に係る光ビームスキャン装置は、シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を反射させる第１反射板と、前記第１反射板を前記入射光の光軸方向に対して直交する方向に移動させる平行駆動手段と、入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を反射させる第２反射板と、前記第２反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かす角度駆動手段とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３の発明によれば、第１反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に移動させ、第２反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かすことで、複数枚の反射板の移動距離および角度変化が少なくても光ビームをスキャンできる距離および角度を大きくするようにしている。
【００１３】
また、請求項４の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、９０度の交差角に設定される２枚の反射板を有することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、互いに平行に配置される２枚の反射板を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項４，５の発明によれば、これらの反射板により入射光の進行方向を１８０度変更したり、入射光の進行方向に対して平行に出射させたり、種々の設計変更ができるようにしている。
【００１６】
また、請求項６の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明によれば、入射光の進行方向を１８０度変更できるようにしている。
【００１８】
また、請求項７の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、前記複数枚の反射板および第１反射板は、前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であり、前記第２反射板は、前記他方の角度駆動手段によって駆動される１枚の反射板であることを特徴とする。
【００１９】
請求項７の発明によれば、入射光の進行方向を９０度変更できるようにしている。
【００２０】
また、請求項８の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、前記複数枚の反射板および第１反射板は、前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板と、前記２枚の反射板に対して前記入射光の光軸方向と直交する方向に位置をずらして対向配置され、前記他方の平行駆動手段あるいは前記他方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板とを有することを特徴とする。
【００２１】
請求項８の発明によれば、入射光を進行方向を変化させることなく出射するようにしている。
【００２２】
また、請求項９の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記平行駆動手段または前記角度駆動手段が、弾性梁、固定櫛歯及び可動櫛歯を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータであることを特徴とする。
【００２３】
請求項９の発明によれば、平行駆動手段または角度駆動手段を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータとすることで、複数枚の反射板を櫛歯マイクロアクチュエータの静電力と弾性梁の弾性とを釣り合わせた状態で動かすようにしている。
【００２４】
また、請求項１０の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記角度駆動手段は、さらに電磁駆動手段を備え、この電磁駆動手段が、電磁石アクチュエータであることを特徴とする。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータよりも小型にして、配置上の自由度を高めている。
【００２６】
また、請求項１１の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記シリコン基板上に光ファイバが固定される固定溝と光ビームが通過する光路溝の少なくとも一方が前記複数枚の反射板と対向する位置に互いに平行に形成されていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１１の発明によれば、スキャンする光を、光ファイバによって複数枚の反射板へ導き、反射によってスキャンされた光を光路溝から導出するようにしている。
【００２８】
また、請求項１２の発明に係る光ビームスキャン装置は、上記の発明において、前記複数枚の反射板および前記第１反射板は、前記弾性梁の変形が最も大きい部分に連結されていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１２の発明によれば、櫛歯マイクロアクチュエータの作動量が小さくても、複数枚の反射板の移動距離や角度変化量を大きくしている。
【００３０】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１３の発明に係る光部品は、請求項１〜１２に記載の光ビームスキャン装置と、前記シリコン基板に平行に形成される２本の固定溝のそれぞれに固定される光ファイバとを備えたことを特徴とする。
【００３１】
請求項１３の発明によれば、小型で、光ビームをスキャンできる距離や角度が大きく、製造が容易で、設計上の自由度が大きい光部品を提供している。
【００３２】
また、請求項１４の発明に係る光部品は、上記の発明において、請求項１３に記載の光部品が多数配列されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１４の発明によれば、１個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いを可能としている。
【００３４】
また、請求項１５の発明に係る光部品は、上記の発明において、請求項１３に記載の光部品が複数積層されていることを特徴とする。
【００３５】
請求項１５の発明によれば、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことを可能としている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明にかかる光ビームスキャン装置および光部品の好適な実施の形態について説明する。
【００３７】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。図１（ａ）は光ビームスキャン装置の平面図で、図１（ｂ）は光ビームスキャン装置の右側面である。また、図２は、図１の固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体を拡大した拡大平面図である。この実施の形態１にかかる光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９が固定される固定溝２ａ及び光ビームが通過する光路溝２ｂがシリコン基板２に形成され、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。
【００３８】
光ビームスキャン装置１は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に対して固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体が後述するマイクロマシン加工技術によって形成され、シリコン基板２の下面には図示しない絶縁基板が貼付されている。
【００３９】
シリコン基板２は、略中央にアーム７を配置する挿通路２ｃ（図２参照）が形成され、図１に示すように、表面にはボンディングパッド２ｄ〜２ｆが形成されている。また、シリコン基板２は、固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体間に、構造体相互を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇが多数形成されている。
【００４０】
固定電極３は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に形成した挿通路２ｃの両側に微細なピッチの櫛歯３ａが多数形成されている。可動電極４は、固定電極３と対向配置されて弾性梁５，６と共に静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを構成し、多数の櫛歯３ａと噛み合う多数の櫛歯４ｂが支持梁４ａに形成されている。そして、固定電極３に形成された左右の櫛歯３ａは、シリコン基板２の表面に形成されたボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースされ、可動電極４には、ボンディングパッド２ｆを介して電圧が印加される。従って、可動電極４は、電圧の印加と解除により、図２に矢印で示すように、多数の櫛歯４ｂが多数の櫛歯３ａと噛み合う方向に沿って固定電極３に対し離接作動する。
【００４１】
弾性梁５，６は、可動電極４の左右近傍に配置され、図２に示すように、複数個所で折曲されて一端が可動電極４に、他端がシリコン基板２に、それぞれ連結され、可動電極４を浮動状態に支持している。アーム７は、一端が可動電極４の中央に連結される梁で、挿通路２ｃを通って延出した他端に反射体８が設けられている。このとき、アーム７は、挿通路２ｃに沿って移動可能なように、シリコン基板２に対して浮動状態で連結されている。
【００４２】
反射体８は、９０度の交差角に設定された２枚の反射板８ａ，８ｂを有している。反射板８ａ，８ｂは、光ファイバコリメータ９を通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。反射板８ａ，８ｂは、光路溝２ｂに対向する面に反射膜となる金，アルミニウム等の金属膜が形成されている。光ファイバコリメータ９は、ＳＭファイバの先端にＧＩファイバを融着接続したもので、固定溝２ａにエポキシ系接着剤によって接着され、伝搬する光ビームがコリメートされる。
【００４３】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、半導体微細加工技術によって製造され、製造方法の一例を以下に説明する。図３は、光ビームスキャン装置１の製造工程を説明する模式的断面図である。
【００４４】
先ず、異方性エッチングによってシリコン基板の表面に固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝を形成する。このとき、シリコン基板は、面方位が（１００）で、光ビームスキャン装置１のシリコン基板２を複数切り出せる大きさのものを使用する。面方位が（１００）のシリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、表面に対して５４．７°傾斜した（１１１）面に沿ってエッチングが進行し、断面形状がＶ字型の固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝が形成される。
【００４５】
次に、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦＬであって、上面ＦＵ側に形成される可動電極４などの構造体に対向する面以外の領域にレジスト１１を形成する。レジスト１１は、後述する凹部１２を形成する際のエッチングに耐性を有する材料を使用する。
【００４６】
次いで、下面ＦＬに露出したシリコンを、上面ＦＵ側に形成される構造体の厚み分を残して下方からエッチングし、図３（ｂ）に示すように、凹部１２を形成する。レジスト１１は、凹部１２を形成した後、除去する。
【００４７】
その後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦＬに、表面に酸化膜が形成されたシリコン基板からなる絶縁基板１９を貼付する。さらに、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板２の上面ＦＵに構造体に対応したレジスト１３を形成する。
【００４８】
そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト１３によってマスキングされた以外の領域に露出したシリコンを、深異方性の反応性イオンエッチング法による乾式エッチングでシリコン基板２を貫通するまで深さ方向にエッチングする。これにより、シリコン基板２には、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体が形成される。このとき、反射部１４、電極部１５あるいは梁部１６間の隙間が構造体相互間を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇ（図１，２参照）となる。
【００４９】
次に、図３（ｆ）に示すように、構造体表面とシリコン基板２の表面に金属膜を形成する。ここで、シリコン基板２表面の金属膜は、固定電極３や可動電極４の櫛歯３ａ，４ｂに電圧を印加するボンディングパッド２ｄ〜２ｆなどのパッド部１７として機能する。また、構造体表面の金属膜は、反射体８における反射板８ａ，８ｂのミラー膜１８として機能する。
【００５０】
その後、シリコン基板上に形成された複数の光ビームスキャン装置１を、ダイシングによって個々に切り出し、図３（ｇ）に示す光ビームスキャン装置１が製造される。このとき、図示のように、反射部１４、電極部１５の可動電極４及び弾性梁５，６などの梁部１６は、絶縁基板１９から浮いた状態にある。
【００５１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に受光装置を配置して使用される。光ビームスキャン装置１は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９から光ビームが入射すると、図１，４に実線で示すように、反射板８ａで光ビームを反射して９０度進行方向を変更させた後、再度反射板８ｂで光ビームを反射して進行方向を９０度変更させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置された前記受光装置に入射する。
【００５２】
そして、光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームをスキャンする場合、固定電極３における左右の櫛歯３ａをボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。すると、光ビームスキャン装置１は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、可動電極４が弾性梁５，６を変形させて図１において下方へと移動する。
【００５３】
これにより、光ビームスキャン装置１においては、反射体８の２枚の反射板８ａ，８ｂが、図４に示すように、実線で示す位置から点線で示す位置へ距離ΔＬだけ平行に移動される。この結果、光ファイバコリメータ９から出射された光ビームは、２枚の反射板８ａ，８ｂによって１点鎖線で示す経路を通って反射され、光路溝２ｂへと出射されてゆく。このとき、可動電極４の移動によって反射板８ａ，８ｂが距離ΔＬだけ移動すると、光ビームは、図４に示すように、距離ΔＬの２倍である距離２ΔＬだけ光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００５４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、光ビームスキャン装置１においては、可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって固定電極３から引き離され、図１及び図４に実線で示す元の位置に復帰する。
【００５５】
光ビームスキャン装置１は、以上のようにして可動電極４への電圧の印加あるいは解除により可動電極４、従って反射板８ａ，８ｂを移動させ、光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンする。ここで、光ビームスキャン装置１は、可動電極４へ印加する電圧の大きさを設計仕様の範囲内で変更することで、光ビームをスキャンする量を適宜変更することができる。
【００５６】
以上のように、光ビームスキャン装置１は、固定電極３、可動電極４及び弾性梁５，６を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータによって光ビームをスキャンしたい距離の半分だけ反射体８を移動させるだけでよい。このため、光ビームスキャン装置１は、小型にもかかわらず、光ビームをスキャンできる距離が大きく、光ファイバコリメータ９を固定溝２ａに固定するだけで、光ファイバコリメータ９を反射体８に対して高精度に位置決めする必要がない。従って、光ビームスキャン装置１は、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きいという利点を有している。
【００５７】
ここで、光ビームスキャン装置１は、図５に示すように、光路溝２ｂに代えて固定溝２ｈをシリコン基板２に固定溝２ａと平行に形成し、固定溝２ｈに光ファイバコリメータ９を固定することで光部品とすることができる。即ち、固定溝２ａ，２ｈに光ファイバコリメータ９を固定した光ビームスキャン装置１は、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９によって伝送されてきた光ビームを２枚の反射板８ａ，８ｂで反射して固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９へと出射する。従って、光ビームスキャン装置１は、反射体８の移動距離に応じて、固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９へと出射する光ビームの光量が変化し、可変光減衰器として機能する。このとき、光ビームスキャン装置１は、光ビームを大きく減衰させるには反射体８を光軸に垂直な方向へ大きく移動させる必要があるが、反射体８は光ビームをスキャンする距離の半分だけ移動させればよい。このため、光ビームスキャン装置１は、小型でありながら効率よく光ビームをスキャンさせて所望の光量に減衰させることができる。
【００５８】
（実施の形態２）
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを１組用いていたのに対し、この実施の形態２では４組用いている。
【００５９】
図６は、この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置２０の構成を示す平面図である。また、図７は、図６の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。なお、図６〜図２１に示す各実施の形態における光ビームスキャン装置及び光部品は光ビームスキャン装置１と同じ半導体微細加工技術によって製造され、光ビームスキャン装置１と同一構成部分には同一符号を付している。
【００６０】
この実施の形態２にかかる光ビームスキャン装置２０は、図６に示すように、上下方向に配置されるアーム７の両側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の中央左側に設けられている。そして、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する２つの固定電極３は、図６及び図７に示すように、内側に２つの可動電極４を配置している。また、２つの可動電極４は、両可動電極４間に一端が連結された弾性梁２１を介してシリコン基板２と連結され、各弾性梁２１によって浮動状態に支持されている。反射体８は、アーム７との間に設けられた複数の支持板８ｃによって反射板８ａ，８ｂが補強支持されている。
【００６１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置２０は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。そして、光ビームスキャン装置２０は、光ファイバコリメータ９から光ビームを入射すると、反射板８ａ，８ｂで光ビームを順次反射して進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置した前記受光装置に入射する。
【００６２】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。同時に、光ビームスキャン装置２０は、図６において、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。
【００６３】
これにより、光ビームスキャン装置２０は、上下各組の櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図６において上方へ移動する。
【００６４】
この結果、光ビームスキャン装置２０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームが２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射され、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００６５】
ここで、光ビームスキャン装置２０は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を下方へ移動させることもできる。また、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースする。また、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅに電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、光ビームスキャン装置２０は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることで、図６において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００６６】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、電圧の印加を解除する。すると、光ビームスキャン装置２０においては、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図６において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、光ビームスキャン装置２０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００６７】
以上のように、光ビームスキャン装置２０は、光ビームスキャン装置１の効果に加えて、２組の櫛歯マイクロアクチュエータによる大きな駆動力で反射体８を移動させることができる。しかも、光ビームスキャン装置２０は、アーム７の両端側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータを対称に配置したので、アーム７、従って、反射体８を両方向に円滑に移動させることができる。
【００６８】
（実施の形態３）
次に、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１，２では２枚の反射板を入射光の光軸に垂直な方向へ同時に移動するようにしていたが、この実施の形態３では、２枚の反射板を入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動くようにした光ビームスキャン装置を可変光減衰器としたものである。
【００６９】
図８は、この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。図９は、図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１０は、図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１１は、入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【００７０】
可変光減衰器２５は、図８に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂが固定され、シリコン基板２の長手方向に配置されるアーム７の両端にそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが直交する方向に配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する可動電極４は、図９に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、反射板２６，２７は、図９に示すように、基端が弾性梁５，６にそれぞれ連結された支持梁２６ａ，２７ａの先端に設けられている。反射板２６，２７は、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００７１】
以上のように構成される可変光減衰器２５は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ファイバコリメータ９ａの光軸に対して±４５度に傾斜させた反射板２６，２７が光ビームを反射し、図１１に実線で示すように、光ビームの進行方向を９０度ずつ変化させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００７２】
そして、光ビームをスキャンする場合、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３をボンディングパッド２ｄを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器２５は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７が図８，９において右方へ移動する。このため、可変光減衰器２５は、弾性梁５，６が右方へ引き伸ばされ、例えば、弾性梁５が図１０に示すように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁２６ａが下方へ、支持梁２７ａが上方へ、それぞれ僅かに変位し、反射板２６，２７が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さい、例えば、±４４度程度となる。
【００７３】
これにより、図１１に示すように、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７によって図１１に１点鎖線で示すように反射される。この結果、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７の角度変化量をθとすると、反射板２６，２７の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器２５は、小型でありながら反射板２６，２７の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。但し、図１１は、反射板２６，２７の角度変化を誇張して描いてあり、反射板２６，２７の角度変化量はθ＝１度程度である。このため、可変光減衰器２５においては、反射板２６で反射した光ビームは、実際には４θ＝４度程度出射角度がスキャンされ、入射光に略平行する方向に進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００７４】
ここで、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３にボンディングパッド２ｄを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板２６，２７の角度を変化させることができる。
【００７５】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すれば、可変光減衰器２５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によってアーム７と共に図８において左方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器２５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００７６】
このように、可変光減衰器２５は、櫛歯マイクロアクチュエータによって反射板２６，２７のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂと反射板２６，２７とを高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００７７】
（実施の形態４）
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４の可変光減衰器は、２枚の反射板を同時に駆動する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを横向きに配置したものである。
【００７８】
図１２は、この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。図１３は、図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１４は、図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１５は、図１２の可変光減衰器を複数並べたアレイ型可変光減衰器の平面図である。
【００７９】
可変光減衰器３０は、図１２に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂが固定され、シリコン基板２の長手方向に沿ってそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３がシリコン基板２の幅方向外側に、可動電極４が幅方向内側に、それぞれ配置されている。各可動電極４は、図１２に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、２つの反射板３１は、基端が弾性梁５にそれぞれ連結された支持梁３１ａの先端に設けられ、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００８０】
以上のように構成される可変光減衰器３０は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度に傾斜させた２つの反射板３１によって光ビームを反射し、図１２に実線で示すように、進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００８１】
そして、可変光減衰器３０は、図１２において、固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器３０は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、弾性梁５，６が上方へ引き伸ばされる。これにより、弾性梁５，６、例えば、弾性梁５は、図１４に示すように反射板３１側が広がるように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁３１ａが僅かに変位し、反射板３１が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さくなる。
【００８２】
このように、可変光減衰器３０においては、実施の形態３である可変光減衰器２５と同様に、光ファイバコリメータ９ａから導入された光ビームは、反射板３１の角度変化量をθとすると、反射板３１の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器３０は、小型でありながら反射板３１の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。
【００８３】
ここで、可変光減衰器３０は、図１２に示すボンディングパッド２ｄに電圧を印加し、ボンディングパッド２ｆをアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板３１の角度を変化させることができる。
【００８４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、可変光減衰器３０は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって図１２において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器３０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００８５】
以上のように、可変光減衰器３０は、櫛歯マイクロアクチュエータによって２つの反射板３１のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを反射板３１に対して高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００８６】
ここで、可変光減衰器３０は、図１５に示すように、シリコン基板２に２５０μｍ間隔で多数（偶数）平行に形成した固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定すると共に、多数配列してアレイ型可変光減衰器モジュール３３としてもよい。このとき、多数の固定電極３は、フレキシブル基板と半田で固定し、共通のグランド端子と接続しておく。また、ボンディングパッドは、ボンディングパッド２ｄとボンディングパッド２ｆを交互に形成する。多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａの間隔が２５０μｍなので、複数の光ファイバをテープ状に成形した光ファイバテープを個々の光ファイバに分離して利用することができる。また、多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａに配置後、図示しないガラス板をシリコン基板２上に接着して固定する。可変光減衰器３０をこのようにアレイ化すると、１個のモジュールで多数チャンネルの光線路を取り扱うことができる。
【００８７】
（実施の形態５）
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５の可変光減衰器は、図１５に示すアレイ型可変光減衰器モジュール３３を複数積層したものである。
【００８８】
図１６は、この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図で、アレイ型可変光減衰器モジュール３３は、上に行くほど前後方向におけるチップサイズを小さくすることで、ボンディングパッド２ｄ，２ｆの位置が上下の可変光減衰器モジュール３３相互間で重ならないようにしている。そして、最上部のアレイ型可変光減衰器モジュール３３は、ガラス板３４をシリコン基板の上に接着して多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定溝２ａに固定している。このようにして可変光減衰器モジュール３３を複数積層すると、図１５に示す可変光減衰器３０を多数アレイ化したものに比べ、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことができる。
【００８９】
（実施の形態６）
次に、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６の可変光減衰器は、２枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで、１枚の反射板を電磁石アクチュエータで、それぞれ同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせると共に、角度方向にスキャンさせるものである。実施の形態１〜５においては、入射した光ビームの進行方向を１８０度変化させたが、この実施の形態６では入射した光ビームの進行方向を９０度変化させる。
【００９０】
図１７は、この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。また、図１８は、図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって光軸に対して垂直な方向に入射光を平行してスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。なお、図１７〜図２０に示す各実施の形態における可変光減衰器は、光ビームスキャン装置１，２０と同一構成部分には同一符号を付している。
【００９１】
可変光減衰器３５は、上下方向に配置されるアーム７の一端側に２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の他端に設けられている。２組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３を可動電極４に対向させて、２つの固定電極３の間に２つの可動電極４が配置されている。また、反射体８と対向する位置には、光ファイバコリメータ９の光軸に対して４５度傾斜配置した反射板３６がシリコン基板２にカンチレバー状に形成した支持梁３６ａによって支持され、支持梁３６ａと隣接する位置にはコイル体３７が設けられている。支持梁３６ａには、永久磁石の薄膜を形成した突起３６ｂが形成されている。
【００９２】
コイル体３７は、下側に鉄−ニッケルからなるコアが形成され、通電によって電磁石となり、突起３６ｂを電磁的に吸引する。これにより、支持梁３６ａが、シリコン基板２との連結点を支点として図１７において上下に揺動し、反射板３６の角度が僅かに変化する。コイル体３７は、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体と共に半導体微細加工技術を利用して形成される。
【００９３】
以上のように構成される可変光減衰器３５においては、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９から光ビームを導入すると、光ビームは、図１８に実線で示すように、反射板８ａ，８ｂで順次反射されて進行方向が９０度ずつ変更され、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられた後、反射板３６で反射されて進行方向が９０度変更され、光路溝２ｂへと出射される。
【００９４】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合には、可変光減衰器３５は、図１７において、２組の櫛歯マイクロアクチュエータの固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これと並行してコイル体３７に通電する。
【００９５】
すると、可変光減衰器３５は、櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図１７において下方へ移動する。また、コイル体３７への通電により、反射体８の移動と同時に、突起３６ｂが電磁的に吸引されて支持梁３６ａがコイル体３７側へと撓み、反射板３６が反時計方向へ僅かに傾く。
【００９６】
これにより、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図１８に１点鎖線で示すように、２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射された後、反射板３６で反射される。従って、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされる共に、反射板３６の傾斜角度の２倍だけ角度方向にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００９７】
このとき、可変光減衰器３５は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を上方へ移動させることもできる。また、可変光減衰器３５は、図１７において、固定電極３にボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、可変光減衰器３５は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることにより、図１７において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００９８】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、ボンディングパッドへの電圧の印加と、コイル体３７への通電を解除すれば、可変光減衰器３５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図１７において上方へ移動し、元の位置に復帰する。また、突起３６ｂのコイル体３７への吸引解除により、支持梁３６ａが反射板３６と共に元の位置へ復帰する。これにより、可変光減衰器３５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００９９】
このように、可変光減衰器３５は、光ビームを光軸に垂直な方向と角度方向の双方にスキャンさせることができるので、光ビームを複雑にスキャンさせることが可能となり、利用上の自由度が増す。しかも、電磁石アクチュエータであるコイル体３７は、固定電極３と可動電極４とを有する櫛歯マイクロアクチュエータよりも小型なので、配置上の自由度が高い。
【０１００】
（実施の形態７）
次に、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７の可変光減衰器は、４枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせる可変光減衰器としたものである。実施の形態１〜６においては、入射した光ビームを９０度あるいは１８０度進行方向を変化させたが、この実施の形態７では入射した光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンさせるだけで、進行方向を変化させることなく出射している。図１９は、この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。また、図２０は、図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【０１０１】
可変光減衰器４０は、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを備えた２つの反射体８が対向配置されている。このため、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、２つの反射体８によって図２０に実線で示すように反射して光路溝２ｂへ出射される。そして、可変光減衰器４０は、例えば、ボンディングパッド２ｄ〜２ｊを適宜にアースしたり、電圧を印加したりすることにより、上側の反射体８を上方へ、下側の反射体８を下方へ移動させる。すると、可変光減衰器４０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図２０に１点鎖線で示すように反射し、反射体８が移動した距離の４倍まで光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされる。
【０１０２】
ここで、可変光減衰器４０は、図２１に示すように、各反射体８から反射板８ｂを削除し、反射板８ａのみとしてもよい。可変光減衰器４０は、このように構成すると、２枚の反射板８ａが平行に配置され、図１９との比較から明らかなように、光ビームのスキャン量が小さくてもよい場合に対応することができる。
【０１０３】
なお、実施の形態１〜７に記載した光ビームスキャン装置や可変光減衰器では、複数枚の反射板を動かす駆動手段として静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータや電磁石アクチュエータを使用した。しかし、本発明の光ビームスキャン装置においては、シリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳであれば、キャパシタプレートやスクラッチドライブアクチュエータ（ＳＤＡ）を使用することができる。
【０１０４】
ここで、キャパシタプレートは、ばねによってシリコン基板と対向させて支持され、レバーアームの一端が連結されている。レバーアームは、中間に支点があり、他端は金を被覆したシャッターが設けられ、光ファイバ光路を遮っている。このキャパシタプレートは、シリコン基板との間への電圧のオン，オフにより、シリコン基板に対して離接作動するアクチュエータとなる。このため、前記レバーアームが、支点を中心として回動し、シャッターが光ファイバ光路を遮ることで全体として光スイッチとして機能する（例えば、ＩＥＥＥ　ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ｔｏｐｉｃｓ　ｉｎ　ｑｕａｎｔｕｍ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，　Ｖｏｌ．　５，　Ｎｏ．　１，　Ｊａｎｕａｒｙ／Ｆｅｂｒｕａｒｙ　１９９９，　ｐｐ．　１８−２５　参照）。
【０１０５】
一方、ＳＤＡは、ポリシリコン製の板と短片状のブッシングとを有する側面視Ｌ字形の板である。このＳＤＡは、表面に絶縁フィルムが形成されたシリコン基板上に載置し、シリコン基板との間に双極性矩形パルスを印加すると、ポリシリコン製の板の部分がシリコン基板に離接し、ステップモーションと呼ばれる動作を繰り返しながらシリコン基板を移動してゆくアクチュエータである（例えば、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ＩＥＥＥ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈ．　Ｓｙｓｔ．　Ａｍｓｔｅｒｄａｍ　ｔｈｅ　Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ，　Ｆｅｂ．，　１９９５，　ｐｐ．　３１０−３１５参照）。
【０１０６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１〜３，１３の発明によれば、複数枚の反射板を入射光の光軸と直交する方向に同時に移動させたり、入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動かしたりするので、反射板の僅かな動きであっても、光ビームを光軸に垂直な方向や角度方向に大きくスキャンさせることができる光ビームスキャン装置と光部品を製造することができるうえ、半導体微細加工技術によって製造するので、小型で、光ビームをスキャンできる距離や角度が大きく、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きい光ビームスキャン装置と光部品を製造することができるという効果を奏する。
【０１０７】
また、請求項４の発明によれば、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、９０度の交差角に設定される２枚の反射板を有し、請求項５の発明によれば、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、互いに平行に配置される２枚の反射板を有するので、これらの反射板により入射光の進行方向を１８０度変更したり、入射光の進行方向に対して平行に出射種々の設計変更が可能になるという効果を奏する。
【０１０８】
また、請求項６の発明によれば、前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であるので、進行方向を１８０度変更して入射光を出射することができるという効果を奏する。
【０１０９】
また、請求項７の発明によれば、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、前記複数枚の反射板および第１反射板は、前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であり、前記第２反射板は、前記他方の角度駆動手段によって駆動される１枚の反射板であるので、進行方向を９０度変更して入射光を出射することができるという効果を奏する。
【０１１０】
また、請求項８の発明によれば、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、前記複数枚の反射板および第１反射板は、前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板と、前記２枚の反射板に対して前記入射光の光軸方向と直交する方向に位置をずらして対向配置され、前記他方の平行駆動手段あるいは前記他方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板とを有するので、進行方向を変化させることなく入射光を出射することができるという効果を奏する。
【０１１１】
また、請求項９の発明によれば、前記平行駆動手段または前記角度駆動手段が、弾性梁、固定櫛歯及び可動櫛歯を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータであるので、平行駆動手段または角度駆動手段を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータとすることで、複数枚の反射板を櫛歯マイクロアクチュエータの静電力と弾性梁の弾性とを釣り合わせた状態で動かすことができるという効果を奏する。
【０１１２】
また、請求項１０の発明によれば、前記角度駆動手段は、さらに電磁駆動手段を備え、この電磁駆動手段が、電磁石アクチュエータであるので、静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータよりも小型にして、配置上の自由度を高めることができるという効果を奏する。
【０１１３】
また、請求項１１の発明によれば、前記シリコン基板上に光ファイバが固定される固定溝と光ビームが通過する光路溝の少なくとも一方が前記複数枚の反射板と対向する位置に互いに平行に形成されているので、スキャンする光を、光ファイバによって複数枚の反射板へ導き、反射によってスキャンされた光を光路溝から導出することができるという効果を奏する。
【０１１４】
また、請求項１２の発明によれば、前記複数枚の反射板および前記第１反射板は、前記弾性梁の変形が最も大きい部分に連結されているので、櫛歯マイクロアクチュエータの作動量が小さくても、複数枚の反射板の移動距離や角度変化量を大きくすることができるという効果を奏する。
【０１１５】
また、請求項１４の発明によれば、請求項１３に記載の光部品が多数配列されているので、１個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いが可能になるという効果を奏する。
【０１１６】
また、請求項１５の発明によれば、請求項１３に記載の光部品が複数積層されているので、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。
【図２】図１の固定電極、可動電極、弾性梁アーム及び反射体などの構造体を拡大すると共に弾性梁の中間部分を省略した拡大平面図である。
【図３】図１に示す光ビームスキャン装置の製造方法の一例を製造工程に従って説明する模式的断面図である。
【図４】図１に示す光ビームスキャン装置における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図５】図１の光ビームスキャン装置を利用した可変光減衰器の構成を示す平面図である。
【図６】この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置の構成を示す平面図である。
【図７】図６の光ビームスキャン装置の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。
【図８】この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。
【図９】図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１０】図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１１】入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１２】この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。
【図１３】図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１４】図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１５】入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１６】この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。
【図１８】図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって入射光を光軸に垂直な方向へ平行にスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。
【図１９】この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。
【図２０】図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図２１】図１９に示す可変光減衰器の変形例を示す平面図である。
【図２２】従来の可変光減衰器の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２０　光ビームスキャン装置
２　シリコン基板
２ａ，２ｈ　固定溝
２ｂ　光路溝
２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊ　ボンディングパッド
２ｇ　絶縁隙間
３　固定電極
３ａ　櫛歯
４　可動電極
４ｂ　櫛歯
５，６，２１　弾性梁
７　アーム
８　反射体
８ａ，８ｂ　反射板
９　光ファイバコリメータ
９ａ，９ｂ　光ファイバコリメータ
１１　レジスト
１２　凹部
１３　レジスト
１４　反射部
１５　電極部
１６　梁部
１７　パッド部
１８　ミラー膜
１９　絶縁基板
２５，３０，３５，４０　可変光減衰器
２６，２７，３１，３６　反射板
２６ａ，２７ａ，３１ａ，３６ａ　支持梁
３３　可変光減衰器モジュール
３６ｂ　突起
３７　コイル体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical beam scanning device and an optical component required for downsizing an optical component used for optical communication.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) formed by processing a silicon substrate for the purpose of miniaturization, for example, a 1 × 8 optical switch that changes a reflection direction of an incident light beam by changing an angle of a plane mirror. (Eg, IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, Vol. 5, No. 1, January / February 1999, pp. 26-32); Devices (eg, USP No. 6,137,941) are known.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the above 1 × 8 optical switch has a plurality of output fibers arranged radially around a plane mirror rotated by a micromotor, and a light beam introduced from an input fiber is changed in angle direction by changing the angle of the plane mirror. Is scanned and reflected, and output to a desired output fiber. For this reason, the 1 × 8 optical switch can scan the light beam in the angular direction, but cannot intermittently scan the light beam in the angular direction due to the intermittent rotation of the micromotor. A light beam cannot be scanned in parallel in a direction perpendicular to the optical axis. Therefore, the 1 × 8 optical switch is limited in its application to an optical component that scans a light beam in parallel to a direction perpendicular to the optical axis.
[0004]
On the other hand, the above-described variable optical attenuator reflects light incident from an input waveguide 102 provided in a fiber capillary 100 on a reflection surface 110 via a lens 104 as shown in FIG. The light is incident on an output waveguide 112 parallel to the light. At this time, the variable optical attenuator includes a piezo element 108 for detecting the rotation angle, and changes the angle of incidence on the reflection surface 110 by changing the angle of the reflection surface 110 that is rotatable about the fulcrum 106. I have. As a result, the variable optical attenuator shifts the incident position of the reflected light on the lens 104, that is, the incident position on the output waveguide 112, and attenuates the amount of light incident on the output waveguide 112. Therefore, in the variable optical attenuator, it is necessary to form an image of the light beam on the reflecting surface 110 by the lens 104, and the fiber capillary 100 and the lens 104 must be positioned with high accuracy with respect to the reflecting surface. There was a problem that manufacturing technology was required.
[0005]
When a structure such as a plane mirror is driven by a microactuator manufactured using MEMS technology, the distance and angle at which the light beam can be scanned are small because the driving distance and the driving angle of the structure are small. There is a problem that the degree of freedom is small.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above points, and is intended to provide a light beam scanning device and an optical component which are small, have a large distance and angle at which a light beam can be scanned, are easy to manufacture, and have a high degree of freedom in optical component design. The purpose is to provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a light beam scanning device according to the first aspect of the present invention is a light beam scanning device manufactured by processing a silicon substrate, and scanning and emitting an incident light beam. A plurality of reflectors that are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light and reflect the incident light sequentially; and the plurality of reflectors are orthogonal to the optical axis of the incident light. And a parallel drive means for simultaneously moving in the direction of the movement.
[0008]
According to the first aspect of the present invention, by simultaneously moving the plurality of reflectors in a direction orthogonal to the optical axis of the incident light, the light beam can be scanned even if the moving distance of the plurality of reflectors is small. We try to increase the distance we can do.
[0009]
According to another aspect of the present invention, there is provided a light beam scanning apparatus which is manufactured by processing a silicon substrate and scans and emits an incident light beam. An apparatus, wherein a plurality of reflectors are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light, and sequentially reflect the incident light, and the plurality of reflectors are aligned with respect to the optical axis direction of the incident light. Driving means for moving in a direction in which the angle changes.
[0010]
According to the second aspect of the present invention, by moving the plurality of reflectors in a direction in which the angle of the incident light with respect to the optical axis direction changes, the light beam can be scanned even if the angle change of the plurality of reflectors is small. I try to increase the angle.
[0011]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, a light beam scanning apparatus according to the invention of claim 3 is manufactured by processing a silicon substrate, and scans and emits an incident light beam. An apparatus, comprising: a first reflector that is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of incident light and reflects the incident light; and the first reflector is orthogonal to the optical axis direction of the incident light. Parallel driving means for moving in the direction of the incident light, a second reflector which is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light, and reflects the incident light, and an optical axis of the incident light for moving the second reflector. And an angle driving means for moving in a direction in which the angle with respect to the direction changes.
[0012]
According to the invention of claim 3, the first reflector is moved in a direction orthogonal to the optical axis of the incident light, and the second reflector is moved in a direction in which the angle of the incident light with respect to the optical axis direction changes. Accordingly, the distance and angle at which the light beam can be scanned even when the movement distance and the angle change of the plurality of reflectors are small are increased.
[0013]
In the light beam scanning device according to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors set at a crossing angle of 90 degrees. It is characterized by the following.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the light beam scanning device according to the above aspect, the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors arranged in parallel with each other. And
[0015]
According to the fourth and fifth aspects of the present invention, these reflecting plates can change the traveling direction of incident light by 180 degrees, emit the incident light parallel to the traveling direction, and make various design changes. ing.
[0016]
The light beam scanning device according to a sixth aspect of the invention is the light beam scanning device according to the above invention, wherein the plurality of reflectors and the first reflector are driven by the parallel drive unit or the angle drive unit. It is a reflection plate.
[0017]
According to the invention of claim 6, the traveling direction of the incident light can be changed by 180 degrees.
[0018]
The light beam scanning device according to a seventh aspect of the present invention, in the above invention, includes two of the parallel driving means or the two angle driving means, and the plurality of reflection plates and the first reflection plate are arranged on one side. , Or two reflectors driven by the one angle drive unit, and the second reflector is a single reflector plate driven by the other angle drive unit. And
[0019]
According to the seventh aspect of the invention, the traveling direction of the incident light can be changed by 90 degrees.
[0020]
An optical beam scanning device according to an eighth aspect of the present invention, in the above invention, includes two of the parallel driving means or the two angle driving means, wherein the plurality of reflecting plates and the first reflecting plate are the ones. And two reflectors driven by the parallel drive means or the one angle drive means, and are arranged to face the two reflectors with their positions shifted in a direction orthogonal to the optical axis direction of the incident light. And two reflectors driven by the other parallel driving means or the other angle driving means.
[0021]
According to the invention of claim 8, the incident light is emitted without changing the traveling direction.
[0022]
According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned invention, the parallel drive means or the angle drive means may include an electrostatic drive type comb tooth having an elastic beam, a fixed comb tooth and a movable comb tooth. It is a micro-actuator.
[0023]
According to the ninth aspect of the present invention, the parallel drive means or the angle drive means is an electrostatic drive type comb-tooth micro-actuator, so that the plurality of reflectors can be combined with the electrostatic force of the comb-tooth micro-actuator and elasticity of the elastic beam. Is moved in a balanced state.
[0024]
According to a tenth aspect of the present invention, in the light beam scanning device according to the above aspect, the angle driving unit further includes an electromagnetic driving unit, and the electromagnetic driving unit is an electromagnetic actuator.
[0025]
According to the tenth aspect of the present invention, the size is made smaller than that of the electrostatically driven comb-shaped microactuator, and the degree of freedom in arrangement is increased.
[0026]
Further, in the optical beam scanning apparatus according to the present invention, at least one of the fixing groove for fixing the optical fiber on the silicon substrate and the optical path groove for passing the light beam is formed by the plurality of reflection grooves. It is characterized by being formed parallel to each other at a position facing the plate.
[0027]
According to the eleventh aspect, light to be scanned is guided to a plurality of reflectors by an optical fiber, and light scanned by reflection is derived from an optical path groove.
[0028]
In the light beam scanning device according to a twelfth aspect of the present invention, in the above invention, the plurality of reflectors and the first reflector are connected to a portion of the elastic beam where deformation is greatest. Features.
[0029]
According to the twelfth aspect of the invention, even if the operation amount of the comb-shaped microactuator is small, the moving distance and the angle change amount of the plurality of reflectors are increased.
[0030]
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object, an optical component according to a thirteenth aspect of the present invention includes a light beam scanning device according to the first to twelfth aspects, and an optical component formed in parallel with the silicon substrate. An optical fiber fixed to each of the book fixing grooves.
[0031]
According to the thirteenth aspect of the present invention, there is provided an optical component which is small, has a large distance and angle at which a light beam can be scanned, is easy to manufacture, and has a high degree of freedom in design.
[0032]
An optical component according to a fourteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, a large number of the optical components according to the thirteenth aspect are arranged.
[0033]
According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to handle a multi-channel optical line with one optical component.
[0034]
An optical component according to a fifteenth aspect of the present invention is characterized in that, in the above invention, a plurality of the optical components according to the thirteenth aspect are stacked.
[0035]
According to the fifteenth aspect of the present invention, it is possible to handle a multi-channel optical line with a small occupation area.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of a light beam scanning device and an optical component according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0037]
(Embodiment 1)
First, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a light beam scanning device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the light beam scanning device, and FIG. 1B is a right side view of the light beam scanning device. FIG. 2 is an enlarged plan view in which structures such as the fixed electrode 3, the movable electrode 4, the elastic beams 5, 6, the arm 7, and the reflector 8 in FIG. 1 are enlarged. In the optical beam scanning device 1 according to the first embodiment, a fixing groove 2a to which the optical fiber collimator 9 is fixed and an optical path groove 2b through which a light beam passes are formed in the silicon substrate 2, and are shown at the outer end of the optical path groove 2b. No light receiving device is used.
[0038]
As shown in FIGS. 1 and 2, the light beam scanning device 1 includes a silicon substrate 2 and fixed structures 3, movable electrodes 4, elastic beams 5, 6, arms 7, and reflectors 8. An insulating substrate (not shown) is formed on the lower surface of the silicon substrate 2 by micromachining technology.
[0039]
The silicon substrate 2 has an insertion passage 2c (see FIG. 2) in which the arm 7 is arranged substantially at the center, and bonding pads 2d to 2f are formed on the surface as shown in FIG. In the silicon substrate 2, a large number of insulating gaps 2g are formed between structures such as the fixed electrode 3, the movable electrode 4, the elastic beams 5, 6, the arm 7, and the reflector 8 to electrically insulate the structures. ing.
[0040]
As shown in FIGS. 1 and 2, the fixed electrode 3 has a large number of fine pitch comb teeth 3 a formed on both sides of an insertion passage 2 c formed in the silicon substrate 2. The movable electrode 4 is arranged to face the fixed electrode 3 and constitutes an electrostatically driven comb-teeth microactuator together with the elastic beams 5 and 6, and a large number of comb teeth 4b meshing with the large number of comb teeth 3a are formed on the support beam 4a. Have been. The left and right comb teeth 3a formed on the fixed electrode 3 are grounded via bonding pads 2d and 2e formed on the surface of the silicon substrate 2, and a voltage is applied to the movable electrode 4 via the bonding pad 2f. Applied. Therefore, the movable electrode 4 is separated from and connected to the fixed electrode 3 along the direction in which the large number of comb teeth 4b mesh with the large number of comb teeth 3a as shown by arrows in FIG.
[0041]
The elastic beams 5 and 6 are arranged near the left and right sides of the movable electrode 4, and are bent at a plurality of positions so that one end is connected to the movable electrode 4 and the other end is connected to the silicon substrate 2, as shown in FIG. The movable electrode 4 is supported in a floating state. The arm 7 is a beam having one end connected to the center of the movable electrode 4, and has a reflector 8 provided at the other end extending through the insertion passage 2c. At this time, the arm 7 is connected to the silicon substrate 2 in a floating state so as to be movable along the insertion passage 2c.
[0042]
The reflector 8 has two reflectors 8a and 8b set at an intersection angle of 90 degrees. The reflection plates 8a and 8b are arranged so as to be inclined at an angle of ± 45 degrees with respect to the optical axis direction of the light beam incident through the optical fiber collimator 9. The reflection plates 8a and 8b have a metal film such as gold, aluminum, or the like serving as a reflection film formed on a surface facing the optical path groove 2b. The optical fiber collimator 9 is obtained by fusion-splicing a GI fiber to the tip of an SM fiber. The optical fiber collimator 9 is bonded to the fixing groove 2a with an epoxy-based adhesive, and the propagating light beam is collimated.
[0043]
The light beam scanning device 1 configured as described above is manufactured by semiconductor fine processing technology, and an example of a manufacturing method will be described below. FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a manufacturing process of the light beam scanning device 1.
[0044]
First, V grooves corresponding to the fixing grooves 2a and the optical path grooves 2b are formed on the surface of the silicon substrate by anisotropic etching. At this time, a silicon substrate having a plane orientation of (100) and a size capable of cutting out a plurality of silicon substrates 2 of the light beam scanning device 1 is used. By performing anisotropic etching on a silicon substrate having a plane orientation of (100), the etching proceeds along a (111) plane inclined by 54.7 ° with respect to the surface, and the fixing groove has a V-shaped cross section. V-grooves corresponding to 2a and optical path grooves 2b are formed.
[0045]
Next, as shown in FIG. 3A, a resist 11 is formed on the lower surface FL of the silicon substrate 2 in a region other than a surface facing a structure such as the movable electrode 4 formed on the upper surface FU. . As the resist 11, a material having resistance to etching when forming a concave portion 12 described later is used.
[0046]
Next, the silicon exposed on the lower surface FL is etched from below except for the thickness of the structure formed on the upper surface FU side, thereby forming the concave portion 12 as shown in FIG. The resist 11 is removed after forming the concave portion 12.
[0047]
Thereafter, as shown in FIG. 3C, an insulating substrate 19 made of a silicon substrate having an oxide film formed on the surface is attached to the lower surface FL of the silicon substrate 2. Further, as shown in FIG. 3D, a resist 13 corresponding to the structure is formed on the upper surface FU of the silicon substrate 2.
[0048]
Then, as shown in FIG. 3E, the silicon exposed in the region other than the region masked by the resist 13 is removed by a dry etching using a deep anisotropic reactive ion etching method until the silicon penetrates the silicon substrate 2. Etch in the direction. Thus, the silicon substrate 2 has a structure including the reflecting portions 14 such as the arm 7 and the reflector 8, the electrode portions 15 such as the fixed electrode 3 and the movable electrode 4, and the beam portions 16 such as the elastic beams 5 and 6. A body is formed. At this time, the gap between the reflecting portion 14, the electrode portion 15, or the beam portion 16 becomes an insulating gap 2g (see FIGS. 1 and 2) for electrically insulating the structures from each other.
[0049]
Next, as shown in FIG. 3F, a metal film is formed on the surface of the structure and the surface of the silicon substrate 2. Here, the metal film on the surface of the silicon substrate 2 functions as pad portions 17 such as bonding pads 2 d to 2 f for applying a voltage to the comb teeth 3 a and 4 b of the fixed electrode 3 and the movable electrode 4. The metal film on the surface of the structure functions as a mirror film 18 of the reflectors 8a and 8b in the reflector 8.
[0050]
Thereafter, the plurality of light beam scanning devices 1 formed on the silicon substrate are individually cut out by dicing to manufacture the light beam scanning device 1 shown in FIG. At this time, as shown in the drawing, the reflecting portion 14, the movable electrode 4 of the electrode portion 15, and the beam portions 16 such as the elastic beams 5 and 6 are in a state of floating from the insulating substrate 19.
[0051]
The optical beam scanning device 1 configured as described above is used with an optical fiber collimator 9 adhered to the fixing groove 2a and a light receiving device arranged at the outer end of the optical path groove 2b. In the state where no voltage is applied to the movable electrode 4, the light beam scanning device 1 reflects the light beam on the reflection plate 8 a as shown by a solid line in FIGS. After changing the traveling direction by 90 degrees, the light beam is reflected again by the reflector 8b to change the traveling direction by 90 degrees. As a result, the traveling direction of the light beam is changed by 180 degrees from the state at the time of incidence, and enters the light receiving device arranged at the outer end through the optical path groove 2b.
[0052]
When scanning the light beam incident from the optical fiber collimator 9, the light beam scanning device 1 grounds the left and right comb teeth 3 a of the fixed electrode 3 via the bonding pads 2 d and 2 e and connects the movable electrode 4 with the bonding pad. A voltage is applied via 2f. Then, in the light beam scanning device 1, the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 by an electrostatic force according to the applied voltage, and the movable electrode 4 deforms the elastic beams 5, 6 and moves downward in FIG. .
[0053]
Thereby, in the light beam scanning device 1, the two reflectors 8a and 8b of the reflector 8 are moved in parallel from the position shown by the solid line to the position shown by the dotted line by the distance ΔL, as shown in FIG. . As a result, the light beam emitted from the optical fiber collimator 9 is reflected by the two reflectors 8a and 8b through a path shown by a dashed line, and is emitted to the optical path groove 2b. At this time, when the reflecting plates 8a and 8b move by the distance ΔL due to the movement of the movable electrode 4, the light beam is parallel to the direction perpendicular to the optical axis by a distance 2ΔL which is twice the distance ΔL, as shown in FIG. And is emitted to the optical path groove 2b.
[0054]
On the other hand, when the application of the voltage to the bonding pad 2f is released, in the light beam scanning device 1, the movable electrode 4 is separated from the fixed electrode 3 by the restoring force of the deformed elastic beams 5 and 6, and FIGS. To the original position shown by the solid line.
[0055]
The light beam scanning device 1 moves the movable electrode 4 and thus the reflectors 8a and 8b by applying or releasing the voltage to the movable electrode 4 as described above, and scans the light beam in a direction parallel to the optical axis. I do. Here, the light beam scanning device 1 can appropriately change the amount of light beam scanning by changing the magnitude of the voltage applied to the movable electrode 4 within the range of the design specification.
[0056]
As described above, the light beam scanning device 1 forms the reflector 8 by half the distance over which the light beam is to be scanned by the electrostatically driven comb-shaped microactuator having the fixed electrode 3, the movable electrode 4, and the elastic beams 5, 6. Just move them. For this reason, the light beam scanning device 1 has a large distance for scanning the light beam despite its small size, and only by fixing the optical fiber collimator 9 in the fixing groove 2a, the optical fiber collimator 9 is moved relative to the reflector 8. There is no need to position with high precision. Therefore, the light beam scanning device 1 has advantages that it is easy to manufacture and has a high degree of freedom in designing optical components.
[0057]
Here, as shown in FIG. 5, the light beam scanning device 1 forms a fixing groove 2h in parallel with the fixing groove 2a on the silicon substrate 2 instead of the optical path groove 2b, and fixes the optical fiber collimator 9 in the fixing groove 2h. By doing so, an optical component can be obtained. That is, the light beam scanning device 1 in which the optical fiber collimator 9 is fixed in the fixing grooves 2a and 2h reflects the light beam transmitted by the optical fiber collimator 9 fixed in the fixing groove 2a on the two reflectors 8a and 8b. Then, the light is emitted to the optical fiber collimator 9 fixed in the fixing groove 2h. Therefore, the light beam scanning device 1 changes the light amount of the light beam emitted to the optical fiber collimator 9 fixed to the fixing groove 2h according to the moving distance of the reflector 8, and functions as a variable optical attenuator. At this time, the light beam scanning device 1 needs to largely move the reflector 8 in a direction perpendicular to the optical axis in order to greatly attenuate the light beam, but the reflector 8 is only half of the distance for scanning the light beam. Just move it. For this reason, the light beam scanning device 1 can efficiently scan the light beam and attenuate it to a desired light amount while being small in size.
[0058]
(Embodiment 2)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the first embodiment, one set of the electrostatically driven comb-shaped microactuator is used, whereas in the second embodiment, four sets are used.
[0059]
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of the light beam scanning device 20 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is an enlarged plan view showing a portion centered on an elastic beam disposed at the upper left of FIG. The light beam scanning device and the optical component in each of the embodiments shown in FIGS. 6 to 21 are manufactured by the same semiconductor fine processing technology as the light beam scanning device 1, and the same components as those in the light beam scanning device 1 have the same reference numerals. Is attached.
[0060]
In the light beam scanning device 20 according to the second embodiment, as shown in FIG. 6, two sets of comb-shaped microactuators are symmetrically arranged on both sides of an arm 7 arranged vertically, and the reflector 8 is It is provided on the center left side of the arm 7. As shown in FIGS. 6 and 7, two movable electrodes 4 are arranged inside the two fixed electrodes 3 constituting the two sets of comb-shaped microactuators. The two movable electrodes 4 are connected to the silicon substrate 2 via an elastic beam 21 having one end connected between the two movable electrodes 4, and are supported in a floating state by each elastic beam 21. The reflectors 8a and 8b are reinforced and supported by a plurality of support plates 8c provided between the reflector 8 and the arm 7.
[0061]
The optical beam scanning device 20 configured as described above is used by bonding the optical fiber collimator 9 to the fixing groove 2a and arranging a light receiving device (not shown) at the outer end of the optical path groove 2b. Then, when the light beam is incident from the optical fiber collimator 9, the light beam scanning device 20 sequentially reflects the light beams on the reflection plates 8a and 8b and changes the traveling direction by 90 degrees. As a result, the traveling direction of the light beam is changed by 180 degrees from the state at the time of incidence, and enters the light receiving device disposed at the outer end through the optical path groove 2b.
[0062]
When scanning the light beam incident from the optical fiber collimator 9, the light beam scanning device 20 connects the uppermost fixed electrode 3 of the two sets of comb-shaped microactuators arranged in FIG. Is grounded via the upper bonding pad 2j, and a voltage is applied to the movable electrode 4 facing the uppermost fixed electrode 3 via the bonding pad 2f. At the same time, the light beam scanning device 20 in FIG. 6 grounds the uppermost fixed electrode 3 of the two sets of comb-shaped microactuators arranged on the lower side via the upper bonding pads 2 d and 2 e of the silicon substrate 2. A voltage is applied to the movable electrode 4 facing the uppermost fixed electrode 3 via the bonding pad 2f.
[0063]
Thus, the light beam scanning device 20 is configured such that the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 by the electrostatic force according to the applied voltage by the upper and lower sets of comb-shaped microactuators, and the arm 7 and thus the reflector 8 are elastically deformed. The beam 21 moves upward in FIG. 6 while deforming the beam 21.
[0064]
As a result, in the light beam scanning device 20, the light beam incident from the optical fiber collimator 9 is reflected by the two reflectors 8a and 8b, and is perpendicular to the optical axis by twice the moving distance of the reflectors 8a and 8b. The light is scanned upward in parallel and emitted to the optical path groove 2b.
[0065]
Here, the light beam scanning device 20 can also move the reflector 8 downward by changing the bonding pad to be grounded. In addition, in FIG. 6, the light beam scanning device 20 applies a voltage to the uppermost fixed electrode 3 of the two sets of comb-shaped microactuators arranged on the upper side via the upper bonding pad 2j of the silicon substrate 2, The movable electrode 4 facing the uppermost fixed electrode 3 is grounded via the bonding pad 2f. Further, a voltage is applied to the uppermost fixed electrode 3 of the two sets of comb-shaped microactuators arranged on the lower side to the bonding pads 2d and 2e on the upper side of the silicon substrate 2 so that the movable electrode facing the uppermost fixed electrode 3 can be moved. Even if the electrode 4 is grounded via the bonding pad 2f, the reflector 8 can be moved upward. As described above, the light beam scanning device 20 can connect the bonding pads 2d, 2e, 2f, and 2j as appropriate to ground or apply a voltage to move the reflector 8 upward or downward in FIG. Can also be moved in the direction of.
[0066]
On the other hand, to restore the scanned light beam, the application of the voltage is released. Then, in the light beam scanning device 20, the movable electrode 4 attracted to the fixed electrode 3 moves downward together with the arm 7 in FIG. 6 by the restoring force of the deformed elastic beam 21, and returns to the original position. As a result, in the light beam scanning device 20, the scanned light beam is restored.
[0067]
As described above, in addition to the effects of the light beam scanning device 1, the light beam scanning device 20 can move the reflector 8 with a large driving force by two sets of comb-shaped microactuators. Moreover, in the light beam scanning device 20, two sets of comb microactuators are symmetrically arranged on both ends of the arm 7, so that the arm 7, and therefore the reflector 8, can be moved smoothly in both directions.
[0068]
(Embodiment 3)
Next, a third embodiment of the present invention will be described. In the first and second embodiments, the two reflectors are simultaneously moved in the direction perpendicular to the optical axis of the incident light. However, in the third embodiment, the two reflectors are moved to the optical axis of the incident light. Is a variable optical attenuator using a light beam scanning device that is moved in a direction in which the angle with respect to changes.
[0069]
FIG. 8 is a plan view of the variable optical attenuator according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9 is an enlarged view of an electrostatically driven comb-shaped microactuator, an elastic beam, and a reflector in the variable optical attenuator of FIG. FIG. 10 is an enlarged view showing the deformation of the elastic beam accompanying the operation of the comb-shaped microactuator in the variable optical attenuator of FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which incident light is scanned in an angular direction by two reflectors as reflectors.
[0070]
As shown in FIG. 8, the variable optical attenuator 25 has optical fiber collimators 9 a and 9 b fixed to two fixing grooves 2 a formed in parallel with the silicon substrate 2, and is arranged in the longitudinal direction of the silicon substrate 2. A pair of comb-shaped microactuators are arranged at both ends of the arm 7 in a direction orthogonal to each other. As shown in FIG. 9, the movable electrode 4 constituting each set of comb-shaped microactuators is connected to the silicon substrate 2 by elastic beams 5 and 6, and is supported in a floating state. On the other hand, as shown in FIG. 9, the reflection plates 26 and 27 are provided at the distal ends of support beams 26a and 27a whose base ends are connected to the elastic beams 5 and 6, respectively. The reflection plates 26 and 27 are arranged so as to be inclined at an angle of ± 45 degrees with respect to the optical axis direction of the light beam incident through the optical fiber collimator 9a.
[0071]
The variable optical attenuator 25 configured as described above, when a voltage is not applied to the movable electrode 4, when a light beam is introduced from the optical fiber collimator 9a, ± 45 degrees with respect to the optical axis of the optical fiber collimator 9a. The reflecting plates 26 and 27 which are inclined to reflect the light beam, change the traveling direction of the light beam by 90 degrees as shown by the solid line in FIG. As a result, the light beam enters the optical fiber collimator 9b with its traveling direction changed by 180 degrees from the state at the time of incidence.
[0072]
Then, when scanning the light beam, the variable optical attenuator 25 in FIG. 8 grounds the fixed electrode 3 via the bonding pad 2d and applies a voltage to the movable electrode 4 via the bonding pad 2f. Thus, in the variable optical attenuator 25, the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 by an electrostatic force corresponding to the applied voltage, and the arm 7 moves to the right in FIGS. Therefore, in the variable optical attenuator 25, the elastic beams 5 and 6 are stretched rightward, and, for example, the elastic beam 5 is deformed as shown in FIG. Due to the deformation of the elastic beams 5 and 6, the support beam 26a is slightly displaced downward and the support beam 27a is slightly displaced upward, and the angle between the reflection plates 26 and 27 with respect to the optical axis of the optical fiber collimator 9a is ± 45. The degree is slightly smaller than the degree, for example, about ± 44 degrees.
[0073]
As a result, as shown in FIG. 11, the light beam incident from the optical fiber collimator 9a is reflected by the reflectors 26 and 27 as shown by a chain line in FIG. As a result, the light beam incident from the optical fiber collimator 9a is scanned by an angle of 4θ with respect to the emission direction when the angle of the reflection plates 26 and 27 does not change, assuming that the angle change amount of the reflection plates 26 and 27 is θ. And emitted. That is, the variable optical attenuator 25 scans in the angular direction by increasing the emission direction of the light beam to four times the amount of angle change in response to a slight angle change of the reflection plates 26 and 27 although it is small. However, FIG. 11 exaggerates the angle change of the reflection plates 26 and 27, and the angle change amount of the reflection plates 26 and 27 is about θ = 1 degree. For this reason, in the variable optical attenuator 25, the light beam reflected by the reflection plate 26 is actually scanned at an emission angle of about 4θ = 4 degrees, and its traveling direction is changed in a direction substantially parallel to the incident light. The light enters the fiber collimator 9b.
[0074]
Here, in FIG. 8, the variable optical attenuator 25 applies a voltage to the fixed electrode 3 via the bonding pad 2d and grounds the movable electrode 4 via the bonding pad 2f. 3, the angles of the reflection plates 26 and 27 can be changed.
[0075]
On the other hand, when the application of the voltage to the bonding pad 2f is released, the variable optical attenuator 25 causes the movable electrode 4 attracted to the fixed electrode 3 to move along with the arm 7 by the restoring force of the deformed elastic beams 5 and 6. At 8, the robot moves to the left and returns to the original position. As a result, in the variable optical attenuator 25, the scanned light beam is restored.
[0076]
As described above, the variable optical attenuator 25 is small in size by changing the angle between the reflecting plates 26 and 27 by the comb-shaped microactuator, and the angle at which the light beam can be scanned is increased. Since it is not necessary to position the plates 26 and 27 with high precision, it is easy to manufacture and there is an effect that the degree of freedom in designing optical components is large.
[0077]
(Embodiment 4)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. In the variable optical attenuator of the fourth embodiment, an electrostatically driven comb-shaped microactuator that drives two reflectors simultaneously is arranged horizontally.
[0078]
FIG. 12 is a plan view of the variable optical attenuator according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13 is an enlarged view of an electrostatically driven comb-shaped microactuator, an elastic beam, and a reflector in the variable optical attenuator of FIG. FIG. 14 is an enlarged view showing the deformation of the elastic beam accompanying the operation of the comb microactuator in the variable optical attenuator of FIG. FIG. 15 is a plan view of an array-type variable optical attenuator in which a plurality of variable optical attenuators of FIG. 12 are arranged.
[0079]
As shown in FIG. 12, the variable optical attenuator 30 has optical fiber collimators 9a and 9b fixed to two fixing grooves 2a formed in parallel with the silicon substrate 2, and each of the variable optical attenuators 30 extends along the longitudinal direction of the silicon substrate 2. A set of comb microactuators is arranged. In each set of the comb-shaped microactuators, the fixed electrode 3 is arranged outside the silicon substrate 2 in the width direction, and the movable electrode 4 is arranged inside the silicon substrate 2 in the width direction. As shown in FIG. 12, each movable electrode 4 is connected to the silicon substrate 2 by elastic beams 5 and 6, and is supported in a floating state. On the other hand, the two reflecting plates 31 are provided at the distal ends of the support beams 31a whose base ends are connected to the elastic beams 5, respectively, and are ± 45 degrees with respect to the optical axis direction of the light beam incident through the optical fiber collimator 9a. Are arranged at an angle.
[0080]
In the state where no voltage is applied to the movable electrode 4, the variable optical attenuator 30 configured as described above, when a light beam is introduced from the optical fiber collimator 9 a, has an angle of ± 45 degrees with respect to the optical axis direction of the light beam. The light beam is reflected by the two reflecting plates 31 inclined at an angle, and the traveling direction is changed by 90 degrees as shown by a solid line in FIG. As a result, the light beam enters the optical fiber collimator 9b with its traveling direction changed by 180 degrees from the state at the time of incidence.
[0081]
In FIG. 12, the variable optical attenuator 30 grounds the fixed electrode 3 via the bonding pads 2d and 2e, and applies a voltage to the movable electrode 4 via the bonding pad 2f. Thereby, in the variable optical attenuator 30, the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 by the electrostatic force according to the applied voltage, and the elastic beams 5, 6 are extended upward. Thereby, the elastic beams 5 and 6, for example, the elastic beam 5 are deformed so that the reflection plate 31 side is widened as shown in FIG. Due to the deformation of the elastic beams 5, 6, the support beam 31a is slightly displaced, and the angle formed by the reflection plate 31 with respect to the optical axis of the optical fiber collimator 9a is slightly smaller than ± 45 degrees.
[0082]
As described above, in the variable optical attenuator 30, as in the variable optical attenuator 25 of the third embodiment, the light beam introduced from the optical fiber collimator 9 a assumes that the angle change amount of the reflection plate 31 is θ. The light is emitted by scanning at an angle of 4θ with respect to the emission direction when the angle of the reflection plate 31 does not change. That is, the variable optical attenuator 30 scans the light beam in the angular direction by increasing the emission direction of the light beam to four times the amount of angle change in response to a slight angle change of the reflection plate 31 despite its small size.
[0083]
Here, even if the variable optical attenuator 30 applies a voltage to the bonding pad 2d shown in FIG. 12 and grounds the bonding pad 2f, the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 and the angle of the reflection plate 31 changes. Can be done.
[0084]
On the other hand, when the application of the voltage to the bonding pad 2f is released, the variable optical attenuator 30 causes the movable electrode 4 attracted to the fixed electrode 3 to move downward in FIG. 12 by the restoring force of the deformed elastic beams 5 and 6. Move and return to the original position. As a result, in the variable optical attenuator 30, the scanned light beam is restored.
[0085]
As described above, the variable optical attenuator 30 is small in size by changing the angle formed by the two reflecting plates 31 by the comb-shaped microactuator, so that the angle at which the light beam can be scanned is increased. Since it is not necessary to perform positioning with respect to the reflection plate 31 with high accuracy, it is easy to manufacture and there is an effect that the degree of freedom in designing optical components is large.
[0086]
Here, as shown in FIG. 15, the variable optical attenuator 30 fixes and arranges a large number of optical fiber collimators 9a and 9b in fixed grooves 2a formed in the silicon substrate 2 in parallel (even number) at intervals of 250 μm. Then, the array type variable optical attenuator module 33 may be used. At this time, a large number of fixed electrodes 3 are fixed to the flexible substrate with solder and connected to a common ground terminal. The bonding pads alternately form bonding pads 2d and bonding pads 2f. In many optical fiber collimators 9a and 9b, since the interval between the fixing grooves 2a is 250 μm, it is possible to use an optical fiber tape in which a plurality of optical fibers are formed into a tape shape by separating them into individual optical fibers. After arranging the optical fiber collimators 9a and 9b in the fixing groove 2a, a glass plate (not shown) is bonded and fixed on the silicon substrate 2. When the variable optical attenuators 30 are arrayed in this manner, a single module can handle optical paths of many channels.
[0087]
(Embodiment 5)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. The variable optical attenuator according to the fifth embodiment includes a plurality of array type variable optical attenuator modules 33 shown in FIG.
[0088]
FIG. 16 is a perspective view of a variable optical attenuator according to a fifth embodiment of the present invention. The array-type variable optical attenuator module 33 has a bonding pad 2d by reducing the chip size in the front-back direction as going upward. , 2f are not overlapped between the upper and lower variable optical attenuator modules 33. In the uppermost array-type variable optical attenuator module 33, a glass plate 34 is bonded on a silicon substrate to fix a number of optical fiber collimators 9a and 9b in the fixing groove 2a. When a plurality of variable optical attenuator modules 33 are stacked in this way, an optical line having a large number of channels can be handled with a smaller occupied area as compared with a configuration in which a large number of variable optical attenuators 30 shown in FIG.
[0089]
(Embodiment 6)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. In the variable optical attenuator of the sixth embodiment, two reflectors are simultaneously driven by an electrostatically driven comb-teeth microactuator, and one reflector is driven by an electromagnet actuator simultaneously, in a direction perpendicular to the optical axis. The light beam is scanned in parallel, and the light beam is scanned in the angular direction. In the first to fifth embodiments, the traveling direction of the incident light beam is changed by 180 degrees. In the sixth embodiment, the traveling direction of the incident light beam is changed by 90 degrees.
[0090]
FIG. 17 is a plan view of the variable optical attenuator according to the sixth embodiment of the present invention. Also, FIG. 18 shows that in the variable optical attenuator of FIG. 17, incident light is scanned in parallel in a direction perpendicular to the optical axis by two reflectors of the reflector, and then the angle is adjusted by one reflector. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of scanning in a direction. In the variable optical attenuator in each of the embodiments shown in FIGS. 17 to 20, the same components as those of the light beam scanning devices 1 and 20 are denoted by the same reference numerals.
[0091]
In the variable optical attenuator 35, two sets of comb-shaped microactuators are symmetrically arranged at one end of an arm 7 arranged in the vertical direction, and the reflector 8 is provided at the other end of the arm 7. In the two sets of comb-shaped microactuators, the fixed electrode 3 is opposed to the movable electrode 4, and two movable electrodes 4 are arranged between the two fixed electrodes 3. At a position facing the reflector 8, a reflector 36, which is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis of the optical fiber collimator 9, is supported by a support beam 36 a formed in a cantilever shape on the silicon substrate 2. A coil body 37 is provided at a position adjacent to. On the support beam 36a, a projection 36b formed with a thin film of a permanent magnet is formed.
[0092]
The coil body 37 has a core made of iron-nickel formed on the lower side, becomes an electromagnet when energized, and electromagnetically attracts the protrusion 36b. Thus, the support beam 36a swings up and down in FIG. 17 with the connection point with the silicon substrate 2 as a fulcrum, and the angle of the reflector 36 slightly changes. The coil body 37 has a semiconductor fine structure together with a structure including a reflecting portion 14 such as the arm 7 and the reflector 8, an electrode portion 15 such as the fixed electrode 3 and the movable electrode 4, and a beam portion 16 such as the elastic beams 5 and 6. It is formed using a processing technique.
[0093]
In the variable optical attenuator 35 configured as described above, when a light beam is introduced from the optical fiber collimator 9 fixed to the fixing groove 2a, the light beam is reflected by the reflection plates 8a and 8b as shown by solid lines in FIG. Are sequentially reflected, the traveling direction is changed by 90 degrees, and the traveling direction is changed by 180 degrees from the state at the time of incidence, and then reflected by the reflection plate 36, the traveling direction is changed by 90 degrees, and emitted to the optical path groove 2b. Is done.
[0094]
When scanning the light beam incident from the optical fiber collimator 9, the variable optical attenuator 35 connects the fixed electrodes 3 of the two sets of comb-shaped microactuators to the ground via the bonding pads 2d and 2e in FIG. Then, a voltage is applied to the movable electrode 4 facing the fixed electrode 3 via the bonding pad 2f. At the same time, the coil body 37 is energized.
[0095]
Then, in the variable optical attenuator 35, the movable electrode 4 is attracted to the fixed electrode 3 by an electrostatic force corresponding to the applied voltage by the comb-shaped microactuator, and the arm 7, that is, the reflector 8 deforms the elastic beam 21. While moving downward in FIG. When the coil body 37 is energized, the projection 36b is electromagnetically attracted simultaneously with the movement of the reflector 8, the support beam 36a is bent toward the coil body 37, and the reflection plate 36 is slightly inclined counterclockwise. .
[0096]
As a result, in the variable optical attenuator 35, the light beam incident from the optical fiber collimator 9 is reflected by the two reflectors 8a and 8b as shown by the one-dot chain line in FIG. Is reflected by Therefore, in the variable optical attenuator 35, the light beam incident from the optical fiber collimator 9 is scanned upward in a direction perpendicular to the optical axis by twice the moving distance of the reflectors 8a and 8b, and the reflector 36 Is scanned in the angular direction by twice the inclination angle of the light beam and emitted to the optical path groove 2b.
[0097]
At this time, the variable optical attenuator 35 can also move the reflector 8 upward by changing the bonding pad to be grounded. Further, the variable optical attenuator 35 moves the reflector 8 upward even if a voltage is applied to the fixed electrode 3 via the bonding pad 2j and the movable electrode 4 is grounded via the bonding pad 2f in FIG. Can be done. As described above, the variable optical attenuator 35 can be configured such that the bonding pad 2d, 2e, 2f, or 2j is appropriately combined and grounded or a voltage is applied, so that the reflector 8 in FIG. Can also be moved in the direction of.
[0098]
On the other hand, when returning the scanned light beam to the original state, if the application of the voltage to the bonding pad and the energization of the coil body 37 are released, the variable optical attenuator 35 moves the movable optical attenuator attracted to the fixed electrode 3. The electrode 4 moves upward together with the arm 7 in FIG. 17 by the restoring force of the deformed elastic beam 21 and returns to the original position. In addition, the support beam 36a returns to the original position together with the reflection plate 36 by releasing the suction of the protrusion 36b to the coil body 37. As a result, in the variable optical attenuator 35, the scanned light beam is restored.
[0099]
As described above, since the variable optical attenuator 35 can scan the light beam in both the direction perpendicular to the optical axis and the angle direction, it is possible to scan the light beam in a complicated manner, and the degree of freedom in use is increased. Increase. In addition, since the coil body 37, which is an electromagnet actuator, is smaller than a comb-shaped microactuator having the fixed electrode 3 and the movable electrode 4, the degree of freedom in arrangement is high.
[0100]
(Embodiment 7)
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described. The variable optical attenuator according to the seventh embodiment drives four reflectors simultaneously by an electrostatically driven comb-shaped microactuator to scan a light beam parallel to a direction perpendicular to the optical axis. It is what it was. In the first to sixth embodiments, the traveling direction of the incident light beam is changed by 90 degrees or 180 degrees, but in the seventh embodiment, the incident light beam is simply scanned in parallel in a direction perpendicular to the optical axis. Thus, the light is emitted without changing the traveling direction. FIG. 19 is a plan view of the variable optical attenuator according to the seventh embodiment of the present invention. FIG. 20 is a schematic diagram showing a state of scanning by reflection of a light beam in the variable optical attenuator shown in FIG.
[0101]
In the variable optical attenuator 40, two reflectors 8 each having two sets of comb-shaped microactuators are arranged to face each other. For this reason, the light beam incident from the optical fiber collimator 9 is reflected by the two reflectors 8 as shown by the solid line in FIG. 20, and is emitted to the optical path groove 2b. The variable optical attenuator 40 moves the upper reflector 8 upward and the lower reflector 8 downward, for example, by appropriately grounding the bonding pads 2d to 2j or applying a voltage. Move. Then, in the variable optical attenuator 40, the light beam incident from the optical fiber collimator 9 is reflected as shown by a dashed line in FIG. 20, and is perpendicular to the optical axis up to four times the moving distance of the reflector 8. Scanned parallel to the direction.
[0102]
Here, as shown in FIG. 21, the variable optical attenuator 40 may be configured such that the reflector 8b is deleted from each reflector 8 and only the reflector 8a is provided. When the variable optical attenuator 40 is configured as described above, the two reflectors 8a are arranged in parallel, and as apparent from comparison with FIG. 19, the variable optical attenuator 40 corresponds to the case where the scan amount of the light beam may be small. be able to.
[0103]
In the light beam scanning device and the variable optical attenuator described in the first to seventh embodiments, an electrostatically driven comb-shaped microactuator or an electromagnet actuator is used as a driving unit for moving a plurality of reflecting plates. However, in the light beam scanning device of the present invention, a capacitor plate or a scratch drive actuator (SDA) can be used as long as the MEMS is formed by processing a silicon substrate.
[0104]
Here, the capacitor plate is supported by a spring so as to face the silicon substrate, and one end of the lever arm is connected. The lever arm has a fulcrum in the middle and the other end is provided with a gold-coated shutter, which blocks the optical fiber optical path. The capacitor plate serves as an actuator that operates to move away from and on the silicon substrate by turning on and off the voltage between the capacitor plate and the silicon substrate. For this reason, the lever arm rotates about the fulcrum, and the shutter functions as an optical switch as a whole by blocking the optical fiber optical path (for example, IEEE journal of selected topics in quantum electronics, Vol. 1, January / February 1999, pp. 18-25).
[0105]
On the other hand, the SDA is an L-shaped plate in a side view including a polysilicon plate and a short-shaped bushing. This SDA is mounted on a silicon substrate with an insulating film formed on the surface, and when a bipolar rectangular pulse is applied between the silicon substrate and the silicon substrate, the part of the polysilicon plate comes into contact with the silicon substrate, This is an actuator that moves the silicon substrate while repeating an operation referred to as “Proceedings IEEE Microelectromech. Syst. Amsterdam the Netherlands, Feb., 1995, pp. 310-315”.
[0106]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to third and thirteenth aspects of the present invention, a plurality of reflectors are simultaneously moved in a direction orthogonal to the optical axis of incident light, or the angle of the incident light with respect to the optical axis changes. Since the light beam is moved in the direction, even with a slight movement of the reflector, it is possible to manufacture a light beam scanning device and an optical component that can scan the light beam largely in the direction perpendicular to the optical axis and in the angular direction. In addition, because it is manufactured using semiconductor microfabrication technology, it is necessary to manufacture optical beam scanning devices and optical components that are small, have a large distance and angle that can scan the light beam, are easy to manufacture, and have a high degree of freedom in optical component design. This has the effect that it can be performed.
[0107]
According to the invention of claim 4, according to the invention of claim 5, the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors set at an intersection angle of 90 degrees. For example, since the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors arranged in parallel with each other, the direction of travel of incident light can be changed by 180 degrees by these reflectors. This makes it possible to make various design changes in the emission direction in parallel to the traveling direction of the laser beam.
[0108]
According to the invention of claim 6, since the plurality of reflectors and the first reflector are two reflectors driven by the parallel drive unit or the angle drive unit, the traveling direction is changed. There is an effect that incident light can be emitted by changing the angle by 180 degrees.
[0109]
Further, according to the invention of claim 7, there are two of the parallel driving means or the two angle driving means, and the plurality of reflecting plates and the first reflecting plate are provided with one of the parallel driving means or the one of the angle driving means. The two reflecting plates are driven by driving means, and the second reflecting plate is one reflecting plate driven by the other angle driving means. Is emitted.
[0110]
Further, according to the invention of claim 8, the apparatus has two of the parallel driving means or the angle driving means, and the plurality of reflection plates and the first reflection plate are provided with the one of the parallel driving means or the one of the angle driving means. The two reflectors driven by the driving means, and the two reflectors are disposed so as to face each other with their positions shifted in a direction orthogonal to the optical axis direction of the incident light, and the other parallel driving means or the other Since there are two reflecting plates driven by the other angle driving means, it is possible to emit the incident light without changing the traveling direction.
[0111]
According to the ninth aspect of the present invention, since the parallel drive means or the angle drive means is an electrostatic drive type comb microactuator having an elastic beam, a fixed comb tooth and a movable comb tooth, the parallel drive means is provided. Alternatively, by using an electrostatic drive type comb-shaped microactuator as the angle driving means, it is possible to move a plurality of reflectors in a state where the electrostatic force of the comb-shaped microactuator and the elasticity of the elastic beam are balanced. To play.
[0112]
According to the tenth aspect of the present invention, the angle drive unit further includes an electromagnetic drive unit, and since the electromagnetic drive unit is an electromagnet actuator, the angle drive unit is smaller than an electrostatic drive type comb-shaped microactuator. This has the effect of increasing the degree of freedom in arrangement.
[0113]
According to the invention of claim 11, at least one of a fixing groove for fixing an optical fiber on the silicon substrate and an optical path groove through which a light beam passes is parallel to each other at a position facing the plurality of reflectors. Since it is formed, the light to be scanned can be guided to a plurality of reflectors by an optical fiber, and the light scanned by reflection can be guided out of the optical path groove.
[0114]
According to the twelfth aspect of the present invention, the plurality of reflectors and the first reflector are connected to a portion of the elastic beam where deformation of the elastic beam is greatest. However, there is an effect that the moving distance and the amount of change in the angle of the plurality of reflectors can be increased.
[0115]
According to the fourteenth aspect of the present invention, since a large number of the optical components according to the thirteenth aspect are arranged, there is an effect that a single optical component can handle a multi-channel optical line.
[0116]
Further, according to the fifteenth aspect, since a plurality of the optical components according to the thirteenth aspect are stacked, there is an effect that an optical line of many channels can be handled with a small occupied area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a light beam scanning device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged plan view in which structures such as a fixed electrode, a movable electrode, an elastic beam arm, and a reflector in FIG. 1 are enlarged and an intermediate portion of the elastic beam is omitted.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a method for manufacturing the light beam scanning device illustrated in FIG. 1 according to manufacturing steps.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state of scanning by reflection of a light beam in the light beam scanning device shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a plan view showing a configuration of a variable optical attenuator using the light beam scanning device of FIG.
FIG. 6 is a plan view showing a configuration of a light beam scanning device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is an enlarged plan view showing a portion centered on an elastic beam disposed at the upper left of the light beam scanning device of FIG. 6;
FIG. 8 is a plan view of a variable optical attenuator according to a third embodiment of the present invention.
9 is an enlarged view of an electrostatically driven comb-shaped microactuator, an elastic beam, and a reflector in the variable optical attenuator of FIG. 8;
FIG. 10 is an enlarged view showing deformation of an elastic beam accompanying operation of a comb microactuator in the variable optical attenuator of FIG.
FIG. 11 is a schematic diagram showing a state in which incident light is scanned in an angular direction by two reflectors as reflectors.
FIG. 12 is a plan view of a variable optical attenuator according to a fourth embodiment of the present invention.
13 is an enlarged view of an electrostatically driven comb-shaped microactuator, an elastic beam, and a reflector in the variable optical attenuator of FIG. 12;
FIG. 14 is an enlarged view showing deformation of an elastic beam associated with operation of a comb-shaped microactuator in the variable optical attenuator of FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram showing a state in which incident light is scanned in an angular direction by two reflectors of a reflector.
FIG. 16 is a perspective view of a variable optical attenuator according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a plan view of a variable optical attenuator according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 18 shows a state in which, in the variable optical attenuator of FIG. 17, the incident light is scanned in parallel in a direction perpendicular to the optical axis by two reflectors of a reflector, and then is scanned in an angular direction by one reflector. FIG.
FIG. 19 is a plan view of a variable optical attenuator according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic diagram showing a state of scanning by reflection of a light beam in the variable optical attenuator shown in FIG. 19;
FIG. 21 is a plan view showing a modification of the variable optical attenuator shown in FIG.
FIG. 22 is a schematic view showing an example of a conventional variable optical attenuator.
[Explanation of symbols]
1,20 Light beam scanning device
2 Silicon substrate
2a, 2h Fixed groove
2b Optical path groove
2d, 2e, 2f, 2j Bonding pad
2g insulation gap
3 Fixed electrode
3a Comb teeth
4 movable electrode
4b Comb teeth
5,6,21 Elastic beam
7 Arm
8 Reflector
8a, 8b reflector
9 Optical fiber collimator
9a, 9b Optical fiber collimator
11 Resist
12 recess
13 Resist
14 Reflector
15 Electrode section
16 Beam
17 Pad section
18 Mirror film
19 Insulating substrate
25, 30, 35, 40 Variable optical attenuator
26,27,31,36 Reflector
26a, 27a, 31a, 36a Support beam
33 Variable Optical Attenuator Module
36b protrusion
37 coil body

Claims (15)

シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、
入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を順次反射させる複数枚の反射板と、
前記複数枚の反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に同時に移動させる平行駆動手段と、
を備えていることを特徴とする光ビームスキャン装置。A light beam scanning device manufactured by processing a silicon substrate and scanning and emitting an incident light beam,
A plurality of reflectors that are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light and reflect the incident light sequentially,
Parallel driving means for simultaneously moving the plurality of reflectors in a direction orthogonal to the optical axis of the incident light,
A light beam scanning device, comprising: シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、
入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を順次反射させる複数枚の反射板と、
前記複数枚の反射板をそれぞれ前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かす角度駆動手段と、
を備えていることを特徴とする光ビームスキャン装置。A light beam scanning device manufactured by processing a silicon substrate and scanning and emitting an incident light beam,
A plurality of reflectors that are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light and reflect the incident light sequentially,
Angle driving means for moving each of the plurality of reflectors in a direction in which the angle with respect to the optical axis direction of the incident light changes,
A light beam scanning device, comprising: シリコン基板を加工して製造され、入射した光ビームをスキャンさせて出射させる光ビームスキャン装置であって、
入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を反射させる第１反射板と、
前記第１反射板を前記入射光の光軸方向に対して直交する方向に移動させる平行駆動手段と、
入射光の光軸方向に対して４５度に傾斜配置され、前記入射光を反射させる第２反射板と、
前記第２反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かす角度駆動手段と、
を備えていることを特徴とする光ビームスキャン装置。A light beam scanning device manufactured by processing a silicon substrate and scanning and emitting an incident light beam,
A first reflector that is arranged at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light and reflects the incident light;
Parallel driving means for moving the first reflector in a direction orthogonal to the optical axis direction of the incident light;
A second reflector that is disposed at an angle of 45 degrees with respect to the optical axis direction of the incident light and reflects the incident light;
Angle driving means for moving the second reflector in a direction in which the angle of the incident light with respect to the optical axis direction changes,
A light beam scanning device, comprising: 前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、９０度の交差角に設定される２枚の反射板を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。The light beam according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors set at an intersection angle of 90 degrees. Scan device. 前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、互いに平行に配置される２枚の反射板を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。The light beam scanning device according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of reflectors and the first reflector have two reflectors arranged in parallel with each other. 前記複数枚の反射板および前記第１反射板が、前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。6. The apparatus according to claim 1, wherein the plurality of reflectors and the first reflector are two reflectors driven by the parallel drive unit or the angle drive unit. The light beam scanning device according to any one of the preceding claims. 前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、
前記複数枚の反射板および前記第１反射板は、前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板であり、
前記第２反射板は、前記他方の角度駆動手段によって駆動される１枚の反射板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。Having two of the parallel drive means or the angle drive means,
The plurality of reflectors and the first reflector are two reflectors driven by the one parallel drive unit or the one angle drive unit,
The light beam scanning device according to claim 1, wherein the second reflection plate is a single reflection plate driven by the other angle driving unit. 前記平行駆動手段あるいは前記角度駆動手段を２つ有し、
前記複数枚の反射板および前記第１反射板は、
前記一方の平行駆動手段あるいは前記一方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板と、
前記２枚の反射板に対して前記入射光の光軸方向と直交する方向に位置をずらして対向配置され、前記他方の平行駆動手段あるいは前記他方の角度駆動手段によって駆動される２枚の反射板と
を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。Having two of the parallel drive means or the angle drive means,
The plurality of reflectors and the first reflector,
Two reflectors driven by the one parallel driving means or the one angle driving means,
Two reflection plates which are arranged opposite to the two reflection plates in a direction orthogonal to the optical axis direction of the incident light and are driven by the other parallel driving means or the other angle driving means. The light beam scanning apparatus according to claim 1, further comprising a plate. 前記平行駆動手段または前記角度駆動手段が、弾性梁、固定櫛歯及び可動櫛歯を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。9. The micro-actuator according to claim 1, wherein the parallel driving means or the angle driving means is an electrostatic drive type comb micro-actuator having an elastic beam, a fixed comb tooth and a movable comb tooth. The light beam scanning device according to any one of the preceding claims. 前記角度駆動手段は、さらに電磁駆動手段を備え、この電磁駆動手段が、電磁石アクチュエータであることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。The light beam scanning device according to any one of claims 1 to 9, wherein the angle driving unit further includes an electromagnetic driving unit, and the electromagnetic driving unit is an electromagnet actuator. 前記シリコン基板上に光ファイバが固定される固定溝と光ビームが通過する光路溝の少なくとも一方が前記複数枚の反射板と対向する位置に互いに平行に形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の光ビームスキャン装置。At least one of a fixing groove on which an optical fiber is fixed on the silicon substrate and an optical path groove through which a light beam passes are formed parallel to each other at a position facing the plurality of reflectors. The light beam scanning device according to any one of 1 to 10. 前記複数枚の反射板および前記第１反射板は、前記弾性梁の変形が最も大きい部分に連結されていることを特徴とする請求項９に記載の光ビームスキャン装置。The light beam scanning device according to claim 9, wherein the plurality of reflectors and the first reflector are connected to a portion of the elastic beam where deformation of the elastic beam is greatest. 請求項１〜１２に記載の光ビームスキャン装置と、前記シリコン基板に平行に形成される２本の固定溝のそれぞれに固定される光ファイバとを備えたことを特徴とする光部品。An optical component comprising: the optical beam scanning device according to claim 1; and an optical fiber fixed to each of two fixing grooves formed in parallel with the silicon substrate. 請求項１３に記載の光部品が多数配列されていることを特徴とする光部品。An optical component, comprising a large number of the optical components according to claim 13. 請求項１３に記載の光部品が複数積層されていることを特徴とする光部品。An optical component comprising a plurality of the optical components according to claim 13 stacked.
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