CN1249474C - 光开关和光束定向组件 - Google Patents

Abstract

在使用2轴可动反射镜的多信道的三维光开关中，提高反射镜的排列密度，实现更多信道的三维光开关。与光纤准直仪阵列的光束射出面邻近地配置排列有具有1个旋转轴的多个第1反射镜和多个第1窗口的第1反射镜阵列，和排列有具有与第1反射镜的旋转轴垂直的1个旋转轴的多个第2反射镜和多个第2窗口的第2反射镜阵列。构成形成从光纤准直仪射出的光束通过第1窗口，按照固定反射镜、可动反射镜的顺序进行反射，通过第2窗口后向外部射出的光路的多信道的光开关。

Description

光开关和光束定向组件

[技术领域]

本发明涉及对在多个光纤中传送的光信号的连接进行切换的光开关，涉及用反射镜控制光束化后光信号的方向的三维光矩阵开关。

[背景技术]

在使用光纤的光通信中，可以使用N×N的光开关，就是说，使用可以把通过光纤送到N个输入口上来的光信号之内的任意一个连接到N个输出口之内的一个上，并可以切换它们的连接的装置。关于使用阵列化的光纤准直仪和反射镜阵列可以形成光路的三维光矩阵开关，在美国专利第6347167号上已有报道。

在本现有例中，分别平行地配置使光纤和准直透镜排列起来的机架、把输入一侧和输出一侧的微型反射镜排列在同一面上的基板、形成反射面的罩。从透镜射出的光束透过了基板后在罩的反射面处进行反射，其次反射到输入一侧微型反射镜上并透过罩后射出。此外，在第2罩处反射后光束被折射，这次在输出一侧的微型反射镜处进行反射，经由与输入一侧同样的路径，耦合到输出一侧的光纤上。

但是，在美国专利第6347167号中，由于在反射镜的排列面上必须配置光束的通过区域，故光矩阵开关的反射镜阵列密度降低。由于输入输出光纤之间的光路长(工作距离)，而且反射镜的最大摆动角受到限制，因此反射镜的排列密度低，可耦合信道数目减少。

使输入一侧反射镜阵列的角度摆动从而在输出一侧反射镜阵列面上光束可以达到的范围，由准直透镜的规格决定的可耦合的最大光路长度(工作距离)中反射镜间的光路长度(反射镜间最大光路长度)和反射镜的最大摆动角决定，取决于在上述范围内可以排列多少个反射镜，很多情况下光开关可耦合的最大信道数就将决定下来。在上述美国专利第6347167号的现有例的情况下，由于反射镜的排列密度会遗憾地降低，故存在着可耦合的信道数会大大地减少的可能。

[发明内容]

本发明的目的在于克服上述这样的问题，实现可以提高反射镜的排列密度的三维光开关。

为了解决上述课题，本发明具有例如以下的构成。

(1)配置多个可动反射镜，用不同的旋转轴进行驱动，控制光束。例如，是一种切换在多个光纤中传播的光信号的光开关，具备：输入一侧光束定向组件，该组件具备：第1支持构件和被上述第1支持构件支持着输出光束的第1准直仪；与上述第1支持构件相对配置的第1基板和配置在上述第1基板上的第1微型反射镜；与上述第1基板相对配置的第2基板和配置在上述第2基板上的第2微型反射镜，接受来自上述输入一侧光束定向组件的光的输出一侧光束定向组件，还使上述第1微型反射镜以第1方向为轴进行旋转，使上述第2微型反射镜以第2方向为轴进行旋转，并且上述第1微型反射镜的旋转轴与上述第2微型反射镜的旋转轴是相互垂直的方向。

(2)输出一侧的光束定向组件，也可以作成为使得具有与输入一侧基本上同样的构成。例如，作成为使得作为输入一侧组件和输出一侧组件可以作成为使得相对地配置，并把上述输入一侧组件的任意的光纤的信号连接到上述输出一侧组件的任意的光纤上。作为一个例子，在(1)中，上述输出一侧光束定向组件，具备输出一侧光束定向组件，该组件具备：第2支持构件；被上述第2支持构件支持着接收光束的第2准直仪；与上述第2支持构件相对地配置的第3基板；在上述第3基板上设置的第3微型反射镜；与第3微型反射镜相对地配置的第4基板；配置在上述第4基板上的第4微型反射镜。

(3)对于(1)到(2)来说，第1基板具备第1光束通过区域，上述第2基板具备第2光束通过区域，从上述第1准直仪射出的光束，通过上述第1光束通过区域后在上述第2微型反射镜处被反射，在上述第2微型反射镜处被反射的光束在上述第1微型反射镜处被反射，在上述第1微型反射镜处被反射的光束，通过第2光束通过区域后被导向上述输出一侧光束定向组件。

(4)对于(1)到(3)来说，从光纤准直仪射出的光束，被形成为使得对上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板斜向入射。

例如，上述第1支持构件，通过上述第1连接构件支持到上述第1基板上，上述第1基板，则通过上述第1连接构件支持到上述第2基板上。

(5)对于(1)到(4)来说，光开关的特征在于：包括设置多个上述输入一侧的光束定向组件的准直仪，上述输入一侧的准直仪之内，第1准直仪对上述第1基板的主面的角度，被形成为使得比上述第1准直仪更位于上述输出一侧的光束定向组件一侧的第2准直仪对上述第1基板的主面的角度更小的光开关。或者，例如，在上述输入一侧组件中，从上述输入一侧射出的光束，在上述第1微型反射镜和上述第2微型反射镜不旋转的状态下，使得朝向上述输出一侧组件的上述第3微型反射镜排列区域的中心附近前进那样地，使第1准直仪对上述第1基板的主面的角度变化变换地进行配置，在上述输出一侧组件中，从上述输入一侧射出的光束，在上述第3微型反射镜和上述第4微型反射镜不旋转的状态下，使得朝向上述输出一侧组件的上述第1微型反射镜排列区域的中心附近前进那样地，使第2准直仪对上述第3基板的主面的角度变化变换地进行配置。

此外，在(1)到(4)的光束定向组件中，上述第1可动反射镜和第2可动反射镜，理想的是被形成为使得在不使之动作的状态下表面实质上变成为分别与第1反射镜基板表面和第2反射镜基板表面平行。只要是在精度误差的范围那种程度地平行即可。

(6)对于(1)到(5)来说，贯通孔的直径在其2个主面上大小不同。

例如，上述第1光束通过区域或上述第2光束通过区域，用在基板上形成开口部分的办法形成，并分别把配置有第1可动反射镜或第2可动反射镜的面的开口直径被形成为使得比上述可动反射镜配置面的相反一侧的面的开口直径更小。具体地说，理想的是带锥度的贯通孔。

(7)对于(1)到(6)来说，要作成为带大反射镜的构造。把大反射镜配置在光从输入一侧组件射出后到输出一侧之间的光路上。

例如，可形成为使得从上述输入一侧的光束定向组件射出的光束，在大反射镜(反射板)处反射后被导向上述输出一侧的光束定向组件。

如上所述，理想的是在其构成为与大反射镜一起设置，而且作成为使得在上述输入一侧组件和上述输出一侧组件之间的光路中，被配置为使得用上述大反射镜进行反射，且可以把上述输入一侧组件的任意的光纤信号连接到上述输出一侧的任意的光纤上。

(8)在(1)到(7)中，上述大反射镜，对于上述输入一侧光束定向组件一侧具有凹曲面形状。

归因于作成为这样的构造，在从上述输入一侧组件和上述输出一侧组件的任意的上述准直仪射出光束时，就可以调节上述大反射镜的曲面，使得上述光束，在对应的上述第1可动反射镜和第2可动反射镜不旋转的状态下，朝向分别相对的组件的上述第1可动反射镜的排列区域的中心附近。

作为本发明的一个例子，对于具有多个光信号的输入输出用的光纤，使在各个光纤中传播的光信号束化后分别可以向任意的方向前进的光束定向组件来说，具有：把多个由光信号进行传播的光纤，和被配置为使得来自上述光纤的光信号准直束化的准直透镜构成的光纤准直仪，排列起来设置的光纤准直仪阵列；具有1个旋转轴，且可控制倾斜角的多个第1反射镜基板；在薄板状的第1反射镜基板上边，分别与上述光纤准直仪对应地排列有光束可以通过的多个第1窗口的第1反射镜阵列。此外，还具有具有与上述第1可动反射镜的旋转轴垂直的1个旋转轴，且倾斜角可控制的多个第2可动反射镜，和在薄板状的第2反射镜基板上边，分别与上述光纤准直仪对应地排列有光束可以通过的多个第2窗口的第2反射镜阵列，上述光纤准直仪阵列和上述第2反射镜阵列分别邻近地设置，并把各个构件配置为使得从上述光纤准直仪射出的光束，通过上述第1窗口，在上述第2可动反射镜处反射，在上述第1可动反射镜处反射，在通过上述第2窗口后向外部射出，使得可以采用调节上述第1可动反射镜和第2可动反射镜的倾斜角的办法，控制上述光束的射出方向。

在本发明中，特征之一是每次1个轴地进行控制地使用2个反射镜来控制光束的射出方向。

归因于此，就可以使反射镜装置的尺寸小型化。

在象上述现有技术那样借助于固定反射镜和2轴可动反射镜的组合进行调整的情况下，一般地说，相对于在使用2轴可动反射镜的情况下，除去有效性的反射镜面轴中心地进行旋转外，还需要承担另外一个轴的旋转的可动元件，在单轴可动反射镜的情况下，由于不需要这样的可动元件，故可以把反射镜装置整体的尺寸形成得小。此外，在一般使用的静电驱动的反射镜的情况下，相对于在使用2轴可动反射镜的情况下，需要4个或至少3个静电焊盘，在单轴可动反射镜的情况下，由于用2个即可，故可以减小目的为向静电焊盘供电的布线的引绕空间。从上述这样的效果来看，若使用本发明则可以提高反射镜的排列密度，可以实现信道更多的光矩阵开关。

此外，在象现有技术那样借助于固定反射镜和可动反射镜的组合进行调整的情况下，在2轴可动反射镜的情况下，由于有效性的反射镜面追从可动元件的旋转地进行倾斜，故为使反射镜面进行旋转，要施加到焊盘上的电压值和反射镜面的旋转量之间的关系特性，结果就变成为根据可动元件的旋转量而变化，使得光束的方向控制变得困难起来。

另一方面，在本发明中，由于借助于独立的2个反射镜承担每次各1个轴的旋转，故不存在轴间的干扰，光束的方向控制是容易的。

此外，由于是在薄的基板上边与光纤准直仪阵列的光束射出面邻近地设置束化的第1反射镜阵列和第2反射镜阵列的构成，故可以把从光纤到第1可动反射镜和第2可动反射镜的光路形成得非常短，而且，即便是因多信道化而扩大阵列尺寸，也可以抑制从光纤到反射镜的光路的增加。为此，对于光纤准直仪的光轴或反射镜控制的角度偏差，可以减小耦合效率的降低。此外，由于是上述那样的邻近配置，故可以用沟或插针等直接定位光纤准直仪阵列、第1反射镜阵列和第2反射镜阵列，而不需要有源性的调芯方法，故可以减少位置对准的麻烦。此外，由于可以以借助于掩模更高精度地控制沟的尺寸精度，故可以进行高精度的定位。

[附图说明]

图1的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光束定向组件的构成。

图2的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

图3的斜视图示出了比较例的三维光开关的概略构成。

图4的剖面模式图示出了比较例的三维光开关的剖面构成。

图5是说明本发明的光束定向组件的组装方法的一个例子的剖面模式图。

图6是说明控制光束方向的结构的概略斜视图。

图7a是示出了2轴可动的静电驱动微型反射镜的构成的平面图，b是示出了2轴可动静电驱动微型反射镜的构成和驱动方法的剖面模式图，c是示出了2轴可动静电驱动微型反射镜的驱动用静电焊盘的构成的平面图。

图8a是示出了单轴可动的静电驱动微型反射镜的构成的平面图，b是示出了单轴可动静电驱动微型反射镜的构成和驱动方法的剖面模式图，c是示出了单轴可动静电驱动微型反射镜的驱动用静电焊盘的构成的平面图。

图9是对2轴可动反射镜和单轴可动反射镜的光束摆动角度进行比较的模式图。

图10a是示出了排列光纤准直仪的支持基板的构成的一个例子的平面模式图，b是示出了光纤准直仪阵列的构成方法的一个例子的剖面模式图。

图11是示出了光纤准直仪阵列的构成方法的一个例子的剖面模式图。

图12的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

图13的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

图14的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

图15的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

图16的剖面模式图示出了作为本发明的一个实施形态的光开关的构成。

[具体实施方式]

以下，用附图说明本发明的实施形态。

在图1中示出了剖面图的本发明的实施形态1，是具有多个光信号输入输出用的光纤，使在各个光纤中传播的光信号束化后，可以分别朝向任意的方向前进的光束定向组件1，具有：将由传播光信号的光纤2和被配置为使得来自光纤2的光信号准直束化的准直透镜3构成的光纤准直仪4在光纤准直仪支持体5上排列多个而设置的光纤准直仪阵列6；具有1个旋转轴且可以控制倾斜角的多个第1反射镜7；分别与上述光纤准直仪4对应地在薄板状的第1反射镜基板9上边排列可以通过光束的多个第1窗口8的第1反射镜阵列10；具有与上述第1反射镜7的旋转轴垂直的1个旋转轴且倾斜角可控制的多个第2反射镜11；分别与上述光纤准直仪4对应地在薄板状的第2反射镜基板13上边排列可以通过光束的多个第2窗口12的第2反射镜阵列14，光纤准直仪阵列6的光束射出面6a与第1反射镜阵列10以及第1反射镜阵列10与第2反射镜阵列14分别邻近地设置，并把各个构件配置为使得从光纤准直仪4射出的光束15，通过第1窗口8，在第2反射镜11处反射后在第1反射镜7处反射，在通过第2窗口12后向外部射出，可以采用调节第1反射镜7和第2反射镜11的倾斜角的办法，来控制光束15的射出方向。

本发明的实施形态2，如图2的剖面模式图所示，是使2个实施形态1的光束定向组件1相对地配置，以一方为输入一侧组件16，使另一方为输出一侧组件17构成的光开关18。使送到输入一侧组件16的光纤2a中来的光信号，被束化后通过控制对应的第1反射镜7a和第2反射镜11a，向输出一侧组件17的任意的第1反射镜7b前进。在输出一侧组件17中，控制第1反射镜7b和第2反射镜11b的倾斜，并使得光束聚光到对应的光纤2b的端面上那样地进行调节。借助于此，可以把送到输入一侧组件16的任意的光纤2a中来的光信号连接到输出一侧组件17的任意的光纤2b上。

作为比较例的三维型光开关的基本构成例示于图3。具有输入一侧和输出一侧2对使来自光纤一端的光变成为准直光束后射出，或者，使可以把准直光束聚光到光纤一端的光纤准直仪2维排列的光纤准直仪阵列，此外，对输入一侧和输出一侧的每一者都设置与各个光纤对应地把可动反射镜2维排列的反射镜阵列。各个微型反射镜都是2轴可动且可以控制倾斜角，来自任意的输入一侧光纤准直仪的光束，在对应的输入一侧反射镜阵列上边的反射镜处反射后，导向与输出一侧反射镜阵列的目标输出口对应的反射镜，借助于该反射镜被导向输出一侧的光纤准直仪，实现光耦合。

图4示出了上述比较例的三维型光矩阵开关的水平方向一列部分的配置。为了实现高的耦合效率，就必须高精度地进行光纤准直仪和反射镜阵列的相对位置或反射镜的控制，使光束的能量确实地耦合到输出一侧光纤上。例如，如果在光纤准直仪阵列的各个光纤准直仪上存在着光轴方向的角度不均一，则光束就会因从反射镜露出而产生损耗。此外，如果在输出一侧的反射镜控制中产生了偏移，则将因在输出一侧光纤上边的光束的聚光点偏移而产生损耗。如果上述的光束入射位置偏移，由于不论哪一个都比例于准直透镜/反射镜间距离L而增大，故为了减少损耗，即为了提高耦合效率，把L形成得短是重要的。

但是，在图4所示的比较例的光矩阵开关中，由于使得光纤准直仪阵列不会对光路造成干扰那样地把光纤准直仪阵列和反射镜阵列隔离开来配置，故L将会形成得比较大。此外，由于透镜和反射镜的排列面不是平行的，故L会随着场所而变化，存在着发生耦合效率不均一的可能。此外，随着变成为多信道，反射镜阵列的尺寸变得越大，L的最大值(Lmax)则将变得越大。

在作为本发明的一个实施形态的光开关中，由于要在第1反射镜阵列10和第2反射镜阵列14上形成光束可以通过的窗口，故无须象图3和图4所示的比较例的三维光开关那样考虑光束光路和光纤准直仪阵列之间的干扰，因此，就可以使第1反射镜阵列10和第2反射镜阵列14与光纤准直仪阵列6的光束射出面6a邻近地设置，就可以把从准直透镜3到第1反射镜7或第2反射镜11的光路形成得非常短。因此，与比较例的光开关比较，可以减小光束入射位置偏移，可以提高耦合效率。此外，由于从透镜到反射镜的光路长度不会因场所而变化，而且，即便是多信道化也不会增加最大光路长度，故可以防止耦合效率的不均一和降低。

再有，在本发明的情况下，由于邻近地设置光纤准直仪阵列6、第1反射镜阵列10和第2反射镜阵列14，故可以使它们直接进行位置对准。图5的剖面模式图示出了光纤准直仪阵列6、第1反射镜阵列10和第2反射镜阵列14的位置对准方法。在光纤准直仪支持体5、第1反射镜基板9、第2反射镜基板13的周边部分的规定位置上，分别形成位置对准用的第1沟19、第2沟20和第3沟21，用精度得到保证的第1插针22和第2插针23进行彼此位置对准。位置对准用的沟，理想的是在排列有反射镜和窗口的区域的外周部分上设置，理想的是在至少2个地方以上进行位置对准。沟的形成，例如，可以根据掩模图形借助于刻蚀等进行，由于可以用高的精度进行加工，故可以得到充分的位置对准精度。

例如，在比较例的三维光开关中，由于彼此隔离开设置光纤准直仪阵列和反射镜阵列，故两者的相对位置对准，例如，必须使用把反射镜阵列固定到移动载物台上，边监视从光纤准直仪阵列射出的参照光束边用载物台调整反射镜阵列的位置的位置对准步骤和装置。在本发明中，由于如上所述可以直接地进行高精度的位置对准，故可以减少位置对准所花费的劳力和费用。沟形状例如可以使用V形沟、贯通孔等。插针则可以使用圆柱形且顶端为球状的插针，或球状的插针。

在本发明的一个实施形态的光束扫描组件中，必须使光纤2、准直透镜3、第1反射镜7、第1窗口8、第2反射镜11和第2窗口12各自具备1个地构成一组，并配置为使得形成一条光束15的光路，只要如此，就可以得到各种各样的配置。但是，如果想要分别使第1反射镜7和第2反射镜11对第1反射镜基板9和第2反射镜基板13的表面形成非平行，则在制造上是困难的而且要花费劳力和时间。这一点，理想的是使用使得变成为对第1反射镜基板9和第2反射镜基板13的表面平行那样地形成的第1反射镜7和第2反射镜11构成光束15的光路，这样的构成，可以采用把光纤准直仪4配置为使得光束15对第1反射镜基板9和第2反射镜基板13斜向入射的办法实现。

此外，在本发明的一个实施形态中，使旋转轴彼此不同的2个反射镜主要进行单轴驱动，控制光束的射出方向。在图6中仅仅说明控制光束射出方向的构造。考虑从准直透镜3射出的光束，通过第1窗口8，在第2反射镜11和第1反射镜7处反射，通过了第2窗口12后的任意的光束投射面24。如图所示那样确定x方向101和y方向102。可以采用使第1反射镜7以第1反射镜旋转轴25为中心进行旋转的办法，使光束在光束投射面24上在x方向101摆动，而通过使第2反射镜11以第2反射镜旋转轴26为中心进行旋转，可以使光束在光束投射面24上在y方向102摆动。这样一来，就可以用具有彼此垂直的旋转轴的2个单轴驱动反射镜，使光束向任意的方向前进。当然，既可以使2个反射镜的旋转轴的方向相反，也可以使完全不垂直，虽然理想的是轴彼此间垂直。

不过，如图6所示，希望做到使第1反射镜7的第1反射镜旋转轴25成为朝向y方向102，使第2反射镜11的第2反射镜旋转轴26成为朝向x方向101。第2窗口12需要尽量成为即使光束在反射镜中摆动也能够通过的尺寸。由于从反射镜到第2窗口的距离越远，通过第2窗口使光束摆动的距离就越增加，因此，如果和图6的构成相反，使光束到第2窗口12的距离比第1反射镜7还远的第2反射镜11中的光束在x方向摆动，则必须使第2窗口在x方向更宽。于是，必须加宽第2反射镜11和第2窗口12的间距，与此相对应，反射镜基板间距离27也加宽了。因此，从反射镜到第2窗口的距离就更远，就必须进一步加宽第2窗口，从而使排列间距变大。相反，如果用第2反射镜11使光束在y方向摆动，虽然第2窗口在y方向也更宽，但这并不影响到第2反射镜阵列间的距离27。如上所述，通过使用图6构成的第2反射镜11使光束在y方向上摆动，即使旋转轴朝向x方向，就可以进一步减小反射镜和窗口的排列间距，实现排列密度高的多信道光开关。这里的x方向，是从第2反射镜11对第1反射镜阵列10和第2反射镜阵列14的重叠方向射出的光束光轴的倾斜方向28。即，希望使第2反射镜11的第2旋转轴26成为与从准直仪3射出的光束倾斜方向相同的方向。也就是说，使倾斜方向28成为x方向101。

具体而言，从设置反射镜的基板的叠层方向来看，例如，相对于光纤2(可以是准直仪3)的长度方向(可以是光输出方向)，第2反射镜11在与其垂直方向接近于平行的方向上具有旋转轴，第1反射镜7在与其平行方向接近于垂直方向的方向上具有旋转轴。为此，与第1反射镜轴25相比，第2反射镜轴26一方的光纤倾斜方向28和光输出方向接近相等。而且，从同一方向可见，来自光纤2或者准直仪3的光输出方向，通过第2反射镜的驱动，反射光在与上述输出垂直方向的变化比与上述输出平行方向的变化大，而通过第1反射镜的驱动，反射光在平行方向的变化比与上述输出方向的垂直方向的变化大。

光矩阵开关的反射镜，可以用MEMS(微型电子机械系统)技术制造，可以借助于静电力进行驱动。在图7a到7c中示出了2轴驱动的反射镜构造的一个例子。图7a示出了平面构造，作为反射光束的部分的有效反射镜部分30，通过构成第1旋转轴31的2条第1梁32耦合到可动元件33上，可动元件33通过形成与第1旋转轴31垂直的第2旋转轴34的2条第2梁35，耦合到支持体36上，构成反射镜构造体37。以第2旋转轴34为中心，可动元件33与有效反射镜部分30一起旋转，此外，以第1旋转轴31为中心有效反射镜部分30进行旋转，借助于此，就可以使有效反射镜部分30用2轴进行旋转。

图7b是示出了反射镜的驱动方法的图7a的A-A剖面的剖面图。上述反射镜构造体37，通过衬垫38被设置到电极基板39上边。在反射镜构造体37面对电极基板39的面上，形成导电膜40，给在电极基板39表面上形成的静电焊盘41加上电压，使得在与导电膜40之间产生静电引力吸住有效反射镜和可动元件后使之旋转。另外，在与反射镜构造体的导电膜40的形成面相反的面上，至少是在有效反射镜部分30表面上，形成可以反射光束的反射镜膜42。

图7c示出了静电焊盘41的平面配置例。配置主要以第1反射镜旋转轴31为中心产生旋转的2对第1静电焊盘43，和主要以第2反射镜旋转轴为中心产生旋转的2对第2静电焊盘44。静电焊盘变成为合计4个，在电极基板39上边形成用来向静电焊盘供电的4条布线45。

相对于此，在图8a到8c中，示出了单轴可动反射镜的构造的一个例子。如图8a所示，有效反射镜部分50，通过构成旋转轴51的2对梁52耦合到支持体53上，构成反射镜构造体54。仅仅使有效反射镜部分50以旋转轴51为中心进行旋转，不再象2轴可动反射镜那样需要可动元件。如图8c所示，静电焊盘55，仅仅是以旋转轴51为中心产生旋转的2对，布线56也变成为2条。

如上所述，在单轴可动反射镜中，由于不再需要可动元件，故可以把反射镜构造体的尺寸形成得比2轴可动反射镜更小。此外，布线，相对于在2轴可动反射镜中为4条，在单轴可动反射镜中由于变成为2条，故布线的引绕空间也将大体上减半。在本发明的第1反射镜基板9和第2反射镜基板13上边，必须分别配置反射镜构造体、窗口、静电焊盘和布线，但是，归因于使用单轴可动反射镜，与使用2轴可动反射镜的情况比较，反射镜装置本身的尺寸减小，此外，布线空间也将减小，因此，可以减小反射镜排列步距，因而可以提高排列密度。归因于此，就可以补偿由配置目的为使光束通过的窗口而引起的反射镜排列密度的降低，就可以实现更多信道的光开关。

此外，考虑图7、图8所示那样一般性的2轴可动反射镜和单轴可动反射镜，图9示出了使输入一侧反射镜阵列的反射镜角度摆动，在输出一侧反射镜阵列面上边，比较可使光束到达的范围(叫做光束可到达范围)的模式图。反射镜的最大摆动角，由归因于反射镜倾斜而接近静电焊盘，使得静电力急剧地增大，变成为不能与弯梁的刚性平衡而发生完全被吸住的拉入现象的角度决定。若设可以旋转而不产生拉入的最大角度为θmax，则在2轴可动反射镜的情况下，由于在距反射镜的静电焊盘最近的点处的角度变成为θmax而成为摆动角的极限，故光束可到达范围58，如图9所示，将变成为大体上的圆形。另一方面，在用2个单轴可动反射镜控制光束方向的本发明的光开关中，由于在垂直的2个轴方向上分别可以旋转θmax，故光束可到达范围59如图9所示变成为矩形，在用斜线表示的部分上也可以排列反射镜。

此外，在有效反射镜部分的尺寸相同的情况下，单轴可动反射镜这一方，由于可以形成大的静电焊盘的面积，故将增大相对施加电压值可得到的静电吸引力。因此，在可以确保驱动力的同时，由于可以使反射镜构造体与静电焊盘之间的距离拉开，故变得难于产生拉入，可以加大反射镜的最大摆动角。

得益于这些效果，就可以补偿由配置目的为使光束通过的窗口而引起的反射镜排列密度的降低，就可以实现更多信道的光开关。

在2轴可动反射镜中，例如，当使可动元件围绕着第2反射镜旋转轴旋转时，有效反射镜也进行旋转，这样一来，由于有效反射镜和第1静电焊盘间的间隙发生变化，故有效反射镜围绕着第1旋转轴的旋转与施加到第1静电焊盘上的电压之间的关系的特性将发生变化。这样一来，由于取决于围绕着一方的轴旋转多少次，围绕着另一方的轴的旋转特性会发生变化，故反射镜旋转角的控制非常之难。

但是，若采用使用2个单轴可动反射镜的本发明的构成，由于围绕着2个轴的旋转，由2个单轴可动反射镜独立地承担，故不存在轴间的干扰，反射镜的旋转和要施加到静电焊盘上的电压之间的关系的特性变成为恒定，反射镜的旋转角的控制就变得容易起来。

把多个第1反射镜7或第2反射镜11排列起来制作成第1反射镜阵列10或第2反射镜阵列14的方法，例如，可以使用MEMS技术把多个图8所示的反射镜构造体54的部分排列起来制作晶片，通过衬垫粘贴到已形成了静电焊盘或布线的第1反射镜基板9或第2反射镜基板13上。

另外，所谓MEMS技术，是以用硅或硅的氧化物构成的晶片为材料，借助于光刻技术使掩模图形化，用湿法刻蚀、干法刻蚀等的加工法制作立体构造的技术。基本上可以使用众所周知的制造技术。另外，第1反射镜7和第2反射镜11，并不限于图8所示的构成，也可以采用有效反射镜部分或梁的形状、静电焊盘的形状或配置等各种各样的构成。例如如图6所示，有效反射镜可以为矩形。理想的是采用使有效反射镜部分以外的部分尽可能小的构成和配置的办法，提高反射镜的排列密度。

第1窗口8和第2窗口12，理想的构成是，在第1反射镜基板9和第2反射镜基板13上分别形成贯通孔。归因于形成贯通孔，光束就可以无损耗地通过。第1反射镜基板9和第2反射镜基板13的材料，例如，使用硅或玻璃，或者42-合金等的金属材料等。贯通孔的形成，取决于材料，可以使用干法刻蚀或湿法刻蚀、用钻孔机进行的机械加工或激光加工等各种各样的方法进行。

第1窗口8和第2窗口12虽然可以是垂直的贯通孔，但如图1所示，理想的是采用作成为带锥度的贯通孔，把第1反射镜基板9和第2反射镜基板13的反射镜排列面一侧的贯通孔的开口区域形成得比背面更小，作成为所必须的最小限度的办法，就可以提高反射镜的排列密度。象这样的带锥度的贯通孔，例如可以采用把硅用做基板的材料，使用各向异性刻蚀技术进行加工。

此外，在把玻璃用做第1反射镜基板9和第2反射镜基板13的材料的情况下，也可以作成为透过玻璃的构成而不在第1窗口8和第2窗口12的部分上形成贯通孔。此外，在把硅用做基板材料的情况下，在要使用的光束的波长限于透过硅的波长区域的情况下，也可以同样地作成为不形成贯通孔的构成。在这些情况下，虽然可以省掉贯通孔的加工的劳力和时间，但是归因于在表面上的反射和透过时的损耗，与贯通孔的情况下比较，耦合效率将降低。在该情况下，理想的是在窗口部分的表面上形成防反射膜。

另外，还可以在第1窗口8和第2窗口12中，对窗口的周边部分的基板上施行使光束不能透过的那种表面处理等，使之起着光学性光阑的作用。借助于该光阑，就可以减少目的光束以外的信号的反射光或散射光耦合到光纤内的串扰。

光纤准直仪阵列6，例如可以象图10a、图10b所示那样地构成。如图10a的平面图所示，在光纤准直仪支持基板60上边，形成光纤的位置对准用的多个光纤对准沟61，和准直透镜的位置对准用的多个第1透镜对准沟62。在每一条沟内，采用设置圆筒形的光纤2和圆筒形或球形的准直透镜4的办法，构成一列光纤准直仪列。

如图10b的剖面图(从下层开始示出了3层，其以上则省略未画)所示，采用把该光纤准直仪列堆叠起来的办法，就可构成把光纤准直仪排列成二维的光纤准直仪阵列64。在最下层以外的光纤准直仪支持基板上，在背面上，已预先形成有第2透镜对准沟63，通过透镜进行堆叠方向和平面方向的位置对准。

以下在图10b的剖面图中，示出了用配置在最下层的位置对准插针65，进行与图1的反射镜阵列10之间的位置对准方法的一个例子。使用图10a所示那样的位置对准插针对准沟66，使得在光纤准直仪阵列64的透镜排列面的外周的4点处，从透镜排列面恰好同一长度地突出出来地设置位置对准插针65。在第1反射镜阵列10上，在与第1反射镜基板9的光纤准直仪阵列相对的面上，已预先形成有位置对准沟，采用把上述位置对准插针65的顶端对准到这里的办法，进行光纤准直仪阵列64和第1反射镜阵列10的位置对准。在该情况下，第1反射镜阵列的沟，已作成为四方锤形，如果预先把位置对准插针65的顶端作成为球形，则易于进行位置对准。

光纤准直仪支持基板，例如，以硅晶片为材料，采用借助于各向异性刻蚀进行加工的办法，就可以形成高精度的V形沟。但是，材料和加工方法并不限于此。理想的是沿着结晶面形成沟。上述光纤准直仪阵列的构成是一个例子，沟或插针等的配置和形状并不限于此。此外，也可以使用对透镜和光线进行熔融形成一个整体的光纤准直仪，在该情况下，只要仅仅在透镜部分用沟进行位置对准即可。

此外，也不限于对光纤准直仪支持基板进行堆叠的构造，例如，也可以作成为图11所示那样的构成。使用一体地形成了二维排列起来的多个准直透镜70的准直透镜阵列71，在准直透镜阵列71的准直透镜70形成面的背面上，把光线72连接到与准直透镜70对应的位置上。光纤准直仪阵列71，例如可以用向模具内流入从玻璃板上削下来的熔融后的玻璃等的办法进行加工。在该情况下，也可以在准直透镜阵列71的准直透镜70形成面的外周上，形成位置对准用的沟，对在第1反射镜阵列10上形成的沟，用插针或球进行位置对准。

作为用来用以上所说明的本发明的光束定向组件构成光开关的配置方法。除去图2所示的实施形态2之外，还可以采取各种各样的配置。

图12的模式剖面图示出了本发明的实施形态3。使得左右对称那样地配置输入一侧组件75和输出一侧组件76，与两组件相对那样地配置大反射镜77，输入一侧组件75的任意的光纤2a的光信号束化后射出，被大反射镜77反射后，连接到输出一侧组件76的任意的光纤2b上。在这里，大反射镜77是至少反射从多个准直透镜射出的光束的那种反射镜。理想的是可以反射从所有的口射出的光束的反射镜。此外，理想的是用比构成反射镜阵列的微型反射镜尺寸足够大的固定反射镜构成。理想地说，用1块反射镜构成，效率是良好的。在本实施形态中，由于可以在同一方向引出输入一侧的光纤和输出一侧的光纤，此外，光路已进行折叠，故作为整体来说可以节省空间。

此外，作为发展上述实施形态3的形态，图13的模式图示出了本发明的实施形态4，作为1个光束定向组件78形成相当于实施形态3的输入一侧和输出一侧的部分。除去与实施形态3同样的效果之外，由于仅仅用1个光束定向组件即可，故还可以降低造价和组装价格。

此外，图14所示的作为本发明的实施形态5的光开关，其特征在于：在输入一侧组件80和输出一侧组件81中，使得来自各个光纤准直仪4的光束，朝向相对的组件的第1反射镜阵列7的第1反射镜的排列区域的中心附近那样地改变光纤准直仪4的倾斜，排列成光纤准直仪阵列6。第1反射镜7和第2反射镜11，如果在不向反射镜提供驱动力(例如，静电力或电磁力)的状态(以下，叫做中性状态)时，配置为使得光束朝向相对的反射镜阵列的外周部分前进，则为了使光束在相对的反射镜排列区域内摆动所需要的最大的摆动角，对于中性状态来说将会偏到一侧。在通常的反射镜装置中，最大摆动角，由于在中性状态的两侧大体上相等，故由可以摆动得更大的一侧决定对反射镜所要求的最大摆动角。在本发明的实施形态5中，在中性状态下由于所有的光束都朝向相对的反射镜阵列的中心前进，故每一个反射镜可以大体上均一地使用两侧的反射镜摆动角，故可以减小对反射镜所要求的最大摆动角。或者，如果最大摆动角是恒定的，则可以使组件的间隔变窄以减小光路长度。

在使用图10a、b所示的光纤准直仪阵列的构成法的情况下，可以采用改变第1透镜对准沟62和第2透镜对准沟63的形状或配置的办法进行应对。在光纤准直仪支持基板的堆叠方向中，在难于使光纤准直仪的方向朝向中心的情况下，即便是仅仅在平面方向上实施，对于一方的单轴可动反射镜来说也可以得到上述效果。此外，在使用图11所示的光纤准直仪阵列的构成法的情况下，可以采用变更把光纤连接到准直透镜上的连接方向的办法实施。

此外，在图15所示的实施形态6中，归因于使用与上述实施形态3同样的构成且具有曲面形状的大反射镜82，可以作成为使得在中性状态中任意的光束都朝向相对的组件的反射镜阵列的中心附近前进，可以得到与上述实施形态5同样的效果。

在图3、4所示的比较例的三维光开关那样的构成中，也可以作成为在光纤准直仪阵列的部分中使用本发明的光束定向组件。如图16所示，设置输入一侧组件90和输出一侧组件91，在其间设置输入一侧的第1外部反射镜阵列92和输出一侧的第2外部反射镜阵列93。在第1外部反射镜阵列92和第2外部反射镜阵列93中，配置光开关端口个数的微型反射镜94，微型反射镜94理想的是2轴可动的。若采用本构成，由于归因于除去光束定向组件所具有的可动反射镜的摆动角之外，还可以使用外部反射镜阵列的摆动角，展宽使光束摆动的范围，故对于构成例如1000个信道左右的大规模光开关是有利的。此外，这时，由于采用使用本发明的光束定向组件来取代仅仅射出光束的光纤准直仪的办法，可以借助于内置于光束定向组件内的反射镜控制光束的射出方向以使光束确实地照射到外部反射镜阵列的目标反射镜上，故不再需要使光束定向组件和外部反射镜阵列的相对位置高精度地对准，装配组装是容易的。

本发明的光束定向组件可以把其单体用做光束扫描仪。具体地说，例如，可以在读取硬盘等的光扫描仪，或扫描型的投影仪等中应用。在这样的用途中，例如，虽然使光束直线状扫描的动作是必要的，但是，在这里如果想要使用2轴可动反射镜，由于在轴间存在着干扰，故如果想要顺着围绕着一方的轴旋转地直线状地进行扫描，则产生围绕着另一方的轴的旋转的施加电压值也必须逐次改变，控制是非常难的。另一方面，通过采用使用本发明的任何一个实施形态的光束定向组件的构成，则所希望位置的直线状的扫描就可以容易地进行。例如，使用2个单轴可动反射镜，预先把单侧的反射镜固定成规定的角度，使得仅仅操纵另一方的反射镜那样地进行控制。

倘采用本发明，则可以实现提高反射镜的排列密度以适合于多信道的三维光开关。

Claims (10)

1.用于切换在多个光纤中传播的光信号的光开关，具备：

输入一侧光束定向组件，该组件具备：第1支持构件和被上述第1支持构件支持着输出光束的第1准直仪；与上述第1支持构件相对配置的第1基板和配置在上述第1基板上的第1微型反射镜；与上述第1基板相对配置的第2基板和配置在上述第2基板上的第2微型反射镜，

接受来自上述输入一侧光束定向组件的光的输出一侧光束定向组件，

还使上述第1微型反射镜以第1方向为轴进行旋转，使上述第2微型反射镜以第2方向为轴进行旋转，并且上述第1微型反射镜的旋转轴与上述第2微型反射镜的旋转轴是相互垂直的方向。

2.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：上述输出一侧光束定向组件具备：第2支持构件；被上述第2支持构件支持着接收光束的第2准直仪；与上述第2支持构件相对配置的第3基板；在上述第3基板上设置的第3微型反射镜；与第3微型反射镜相对配置的第4基板；配置在上述第4基板上的第4微型反射镜。

3.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：上述第1基板具备第1光束通过区域，上述第2基板具备第2光束通过区域，从上述第1准直仪射出的光束，通过上述第1光束通过区域后在上述第2微型反射镜处被反射，在上述第2微型反射镜处被反射的光束在上述第1微型反射镜处被反射，在上述第1微型反射镜处被反射的光束，通过第2光束通过区域后被导向上述输出一侧光束定向组件。

4.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：上述第1支持构件通过第1连接构件支持到上述第1基板上，上述第1基板通过第2连接构件支持到上述第2基板上。

5.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：设置有多个上述输入一侧光束定向组件的上述准直仪，上述输入一侧准直仪中第1准直仪相对上述第1基板主面的角度，被形成为比上述第1准直仪更位于上述输出一侧光束定向组件一侧的第2准直仪相对上述第1基板主面的角度更小。

6.根据权利要求3所述的光开关，其特征在于：上述第1光束通过区域或上述第2光束通过区域具有在基板上形成的开口部分，上述第1微型反射镜或第2微型反射镜配置面的开口直径，被形成为比上述反射镜配置面相反一侧表面的开口直径更小。

7.根据权利要求1所述的光开关，其特征在于：从上述输入一侧光束定向组件射出的光束，在大反射镜处反射后被导向上述输出一侧光束定向组件。

8.根据权利要求7所述的光开关，其特征在于：上述大反射镜对于上述输入一侧光束定向组件一侧具有凹曲面的形状。

9.一种光束定向组件，具备：

第1支持构件和被上述第1支持构件支持着地射出光束的第1准直仪；

与上述支持构件相对配置的第1基板和设置在上述第1基板上的第1微型反射镜；

与上述第1基板相对配置的第2基板和设置在上述第2基板上的第2微型反射镜，

还使上述第1微型反射镜以第1方向为轴进行旋转，使上述第2微型反射镜以第2方向为轴进行旋转，并且上述第1微型反射镜的旋转轴与上述第2微型反射镜的旋转轴是相互垂直的方向。

10.用于切换在多个光纤中传播的光信号的光开关，具备：

输入一侧光束定向组件，该组件具备：第1支持构件和被上述第1支持构件支持着输出光束的第1准直仪；与上述第1支持构件相对配置的第1基板和配置在上述第1基板上且具有第1旋转轴的第1微型反射镜；与上述第1基板相对配置的第2基板和配置在上述第2基板上且具有第2旋转轴的第2微型反射镜，

接受来自上述输入一侧光束定向组件的光的输出一侧光束定向组件，

从上述第1基板和上述第2基板的叠层方向看，与上述第1旋转轴的方向比，上述第2旋转轴的方向配置成更接近从上述准直仪射出的光束的输出方向。

Images