CN1278155C - 光束定向模块以及使用了该模块的光开关 - Google Patents

Abstract

本发明提供在光开关中也能够适用的光束定向模块，提供能够高精度而且容易地进行准直仪阵列与可动反射镜阵列的相对的对位，组装容易而且低成本的模块，在支撑准直仪的准直仪支撑构件上，在分别设置于具备第1微反射镜和第1窗口的第1反射镜基板、第1反射镜驱动电极、具备第2窗口的第1电极基板、第1衬垫、具备第2微反射镜和第3窗口的第2反射镜基板、第2反射镜驱动电极、具备第4窗口的第2电极基板、第2衬垫、反射镜间衬垫上的对位用贯通孔中，贯穿从准直仪支撑构件突出的销，按照第1电极基板，第1衬垫，第1反射镜基板，反射镜间衬垫，第2反射镜基板，第2衬垫，第2电极基板的顺序叠层，夹在盖与准直仪支撑基板之间进行固定。

Description

光束定向模块以及使用了该模块的光开关

技术领域

本发明涉及通过反射镜控制光束方向的光束定向模块。

背景技术

在应用光纤的光通信中，使用N×N的光开关，即，能够把在N个输入端口中通过光纤发送来的光信号中的任意一个连接到N个输出端口中的一个以及能够切换它们之间连接的装置。

在称为三维(或者空间型)光矩阵开关的开关的一般结构中，分别在输入一侧和输出一侧配置矩阵形地排列了多个用于把光信号作为光束出射到空间中的准直仪的准直仪阵列和阵列形地配置了使用通常的MEMS(微机电系统)技术制造的多个可动微反射镜的微反射镜阵列构成的组。从输入一侧的准直仪出射的光束由2个微反射镜控制方向，导入到输出一侧的任意的准直仪中。

关于通过无源调整把光纤阵列、透镜阵列与用MEMS技术制作的可动反射镜阵列组合起来的光开关，在美国专利第6504967号公报中有记载。

【专利文献1】

美国专利第6504967号

在上述一般的光阵列开关构造中，为了达到低损失的光耦合，需要把准直仪阵列与微反射镜阵列对位并固定使得从准直仪阵列出射的全波道的光束全部正确地入射到微反射镜阵列的相对应的微反射镜上。

在上述以往的光开关的结构中，以相互倾斜的姿势设置透镜阵列和可动反射镜阵列，另外，需要相互隔开使得在由反射镜反射的光束中没有透镜阵列的干涉。从透镜阵列出射的各个光束由于考虑为分别独立地具有某种程度的角度偏移，因此为了使全部的光束正确地入射到反射镜上，透镜与反射镜之间的距离越长，对于透镜阵列的组装精度以及反射镜阵列与可动反射镜阵列的对位精度的要求越高。另外，由于透镜阵列与反射镜阵列是倾斜的，所以需要例如倾斜地加工形成在可动反射镜阵列上的无源调整用的孔，对于其角度精度，或者无源调整把持构件的与透镜阵列以及可动反射镜阵列接触的面的相对角度精度等的要求也很高，难以得到很高的对位精度或者固定后的高稳定性。

发明内容

因此，本发明的目的在于解决上述那样的课题，提供能够高精度而且容易地进行准直仪阵列与可动反射镜阵列的相对的对位，而且容易组装的低损耗的光阵列开关。

本发明为了解决上述课题，例如具有以下的结构。

(1)如以下那样构成能够控制光束方向的光束定向模块。

该光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个准直透镜的准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第2反射镜基板，上述第2反射镜基板具有与上述第1反射镜相对应设置的多个第2反射镜，

形成为从上述准直仪出射的光束由上述第2反射镜反射后，由上述第1反射镜反射并放射到外部，

上述第1反射镜基板具备光束到达上述第2反射镜之前所通过的第1窗口，上述第2反射镜基板具备光束由上述第1反射镜反射后所通过的第2窗口，

上述光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的固定构件，

上述固定构件形成为连接到上述准直仪支撑构件上。

(2)另外，作为具体的构造例，能够形成如下。

该光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个准直透镜的准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜和第1窗口的第1反射镜基板；

具有驱动上述第1反射镜的驱动机构和第2窗口的第1驱动基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了第1准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置且具有多个第2反射镜和第3窗口的第2反射镜基板；

具有驱动上述第2反射镜的驱动机构和第4窗口的第2驱动基板，

形成为使得从上述准直仪出射的光束从第2窗口经过第1窗口由上述第2反射镜反射，由上述第2反射镜反射后的光束照射到第1反射镜，由上述第1反射镜反射后的光束从上述第3窗口经过第4窗口放射到外部，

上述光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板以及第1驱动基板和上述第2反射镜基板以及第2驱动基板的固定构件，

上述固定构件形成为连接到上述准直仪支撑构件上。

另外，作为其它的具体结构能够是以下的形态。

这是能够控制光束方向的光束定向模块，具备支撑输出光束的准直仪的准直仪支撑构件；具有作为第1反射镜的第1微反射镜和能够通过光束的第1窗口的第1反射镜基板；作为上述第1微反射镜驱动用的驱动机构的第1反射镜驱动电极；具有能够通过光束的第2窗口的作为第1驱动基板的第1电极基板；存在于第1反射镜基板与第1电极基板之间的第1衬垫；具有第2微反射镜和能够通过光束的第3窗口的第2反射镜基板；上述第2微反射镜驱动用的第2反射镜驱动电极；具有能够通过光束的第4窗口的第2电极基板；存在于第2反射镜基板与第2电极基板之间的第2衬垫；反射镜间衬垫，

在上述准直仪支撑构件上，按照上述第1电极基板，上述第1衬垫、上述第1反射镜基板，上述反射镜间衬垫，上述第2反射镜基板，上述第2衬垫，上述第2电极基板的顺序，在形成于上述各构件中的对位用贯通孔中，贯穿从上述准直仪支撑构件突出的作为固定构件的对位用销叠层构成。

另外，还具备在上述固定构件中贯穿，把上述叠层了的多个基板按压到上述准直仪支撑基板上的加压机构。

具体地讲，例如具备存在于固定构件端部与上述第2电极基板之间的弹簧。或者，具备由上述准直仪支撑构件支撑，具有把贯穿上述固定构件的上述基板加压到上述准直仪支撑构件一侧的机构的按压构件。进而，还具备存在于上述按压构件的一部分区域与上述第2电极基板之间的弹簧。

另外，进而在上述(1)中，上述准直仪的出射光束一侧的顶端的一部分能够采用具有比上述准直仪支撑构件的上述第1反射镜基板一侧表面向上述第1反射镜基板一侧突出配置的区域。

(3)另外，还能够采用在形成了上述反射镜的基板上具备反射镜驱动机构的形态。具体地讲能够具有以下的结构。

该光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个准直透镜的准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜和第1窗口的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置且具有多个第2反射镜和第2窗口的第2反射镜基板，

形成为使得从上述准直仪出射的光束经过第1窗口由第2反射镜反射，由上述第2反射镜反射后的光束放射到第1反射镜，由上述第1反射镜反射后的光束经过上述第2窗口放射到外部，

在上述第1基板或者上述第2基板上具备驱动形成在上述基板上的反射镜的驱动机构，

上述光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的固定构件，

上述固定构件形成为连接到上述准直仪支撑构件上。

另外，进而如果详细叙述(3)的形态，则能够至少在支撑形成在上述基板上的反射镜的反射镜支撑部分上具备上述驱动机构。

另外，是能够控制光束方向的光束定向模块，该光束定向模块具备

支撑输出光束的准直仪的准直仪支撑构件；具有第1微反射镜和能够通过光束的第1窗口的第1反射镜基板；具有第2微反射镜和能够通过光束的第2窗口的第2反射镜基板；反射镜间衬垫，

在上述准直仪支撑构件上，按照上述第1反射镜基板，上述微反射镜间衬垫，上述第2反射镜基板的顺序，在上述各个构件上形成的对位用贯通孔中，贯穿从上述准直仪支撑构件突出的对位用销叠层构成。

另外，在(3)的形态中，能够具备由压电元件驱动的上述驱动机构。另外，能够具备通过电磁力驱动的上述驱动机构。

(4)另外，最好构成具备了上述光束定向模块的光开关。该光开关例如具备：连接了多条第1光纤的第1光束定向模块；

与上述第1光束定向模块相对应形成且连接了多条第2光纤的第2光束定向模块，

从上述多条第1光纤内的一条光纤输入的光束从上述第1光束定向模块经过上述第2光束定向模块输出到从多条第2光纤内选择出的光纤中，

上述第1光束定向模块或者上述第2光束定向模块具备权利要求1所述的光束定向模块。

作为输入一侧模块以及输出一侧模块，使上述2个光束定向模块相对配置，使得在上述输入一侧模块的任意的准直仪与上述输出一侧模块的任意的准直仪之间切换光束的耦合。

(5)作为理想光开关的一个例子，具有以下的具体形态。该光开关具备基底材料、第1光束定向模块和第2光束定向模块，其中，

第1光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个第1准直透镜的第1准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述第1准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第2反射镜基板，上述第2反射镜基板具有与上述第1反射镜相对应设置的多个第2反射镜，

形成为使得从上述第1准直仪出射的光束由上述第2反射镜反射后，由上述第1反射镜反射并放射到外部，

上述第1反射镜基板具备光束到达上述第2反射镜之前所通过的窗口，上述第2反射镜基板具备光束由上述第1反射镜反射后所通过的窗口，

上述第1光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的第1固定构件，

上述第1固定构件形成为连接到上述第1准直仪支撑构件上，

上述第1光束定向模块由第3固定构件固定于上述基底材料且上述第2光束定向模块由第4固定构件固定于上述基底材料，

第2光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个第2准直透镜的第2准直仪支撑构件；

具有多个第3反射镜的第3反射镜基板；

在上述第3反射镜基板的与配置了上述第2准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第4反射镜基板，上述第4反射镜基板具有与上述第3反射镜相对应设置的多个第4反射镜，

形成为使得来自上述第1光束定向模块的光束由上述第3反射镜反射后，由上述第4反射镜反射并向所选择的上述第2准直透镜放射，

上述第3反射镜基板具备经过了上述第4反射镜的光束所通过的窗口，上述第4反射镜基板具备光束照射到上述第3反射镜之前所通过的窗口，

上述第2光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第3反射镜基板和上述第4反射镜基板的第2固定构件，

上述第2固定构件形成为连接到上述第2准直仪支撑构件上。

具体地讲，在上述结构中，各个光束定向模块最好是一次经过支撑构件固定在共同的基底材料上的形态。这种情况下，能够形成为例如，上述第1光束定向模块经过第1支撑构件固定在上述基底材料上，上述第2光束定向模块经过第2支撑构件固定在上述基底材料上，上述第1光束定向模块由第5固定构件固定在上述第1支撑构件上，上述第1支撑构件由上述第3固定构件固定在上述基底材料上，上述第2光束定向模块由第6固定构件固定在上述第2支撑构件上，上述第2支撑构件由上述第4固定构件固定在上述基底材料上。

另外，作为其它的具体形态，具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的第1固定构件，具备形成为使得上述第1固定构件连接上述第1准直仪支撑构件的光束定向模块，由第2固定构件固定上述光束定向模块的基底材料和由第2固定构件固定在上述基底材料上的固定反射镜。

通过使反射镜间衬垫存在于配置了能够通过光束的窗口的2组反射镜阵列之间，叠层在配置了准直仪的准直仪支撑构件上，从准直仪出射的光束由2个反射镜反射，通过窗口，出射到外部的光束定向模块构成。

在反射镜中使用平行平板型的静电驱动方式，各个反射镜阵列分别由配置了微反射镜和窗口的反射镜基板，配置了反射镜驱动用的电极和窗口的电极基板，用于形成间隙的衬垫构成。

在各个基板以及衬垫中配置的对位用的贯通孔中，能够进行通过从准直仪支撑构件突出的对位用的销的无源调整。通过管理销的外径精度和对位用贯通孔的精度能够沿着水平方向高精度地对位，另外，通过管理各个基板的厚度沿着垂直方向也能够高精度地对位。

叠层的构件的固定方法能够使用设置在销顶端的缝隙或者分别固定在准直仪支撑构件上的按压构件，夹在准直仪支撑构件之间固定。这时，通过缝隙或者按压构件和存在于基板电极之间的弹簧，能够容易地控制夹入的载荷。

准直仪与反射镜阵列的对位也可以通过把准直仪顶端按押到电极基板的窗口的边缘或者侧面进行。

2个反射镜通过做成轴方向相互不同的单轴可动反射镜，能够使用2个反射镜在2个轴周围使光束振动。

还可以把反射镜阵列构成在一片基板上。作为能够在一片基板上构成的反射镜，例如能够使用由压电元件驱动的反射镜或者通过电磁力驱动的反射镜。

根据以上例示的形态，能够解决上述的课题，高精度而且容易进行准直仪阵列与可动反射镜阵列的相对的对位，能够提供组装容易而且低损失的光阵列开关。

附图说明

图1是示出本发明的三维光开关的总体概略结构的剖面模式图。

图2是示出作为本发明一实施形态的光束定向模块的结构的剖面模式图。

图3是示出作为本发明一实施形态的光束定向模块的结构的剖面模式图。

图4是示出作为本发明一实施形态的光束定向模块的结构的剖面模式图。

图5是示出第1反射镜基板的结构的一个例子的平面模式图。

图6是示出第1电极基板的结构的一个例子的平面模式图。

图7是示出第1衬垫，第2衬垫以及反射镜间衬垫的结构的一个例子的平面模式图。

图8是示出第2反射镜基板的结构的一个例子的平面模式图。

图9是示出第2电极基板的结构的一个例子的平面模式图。

图10是示出用弯曲梁支撑的反射镜构造的一个例子的平面模式图。

图11是示出作为本发明一实施形态的光束定向模块的结构的剖面模式图。

图12是示出由压电元件扭曲驱动的弯曲梁的结构的一个例子的平面模式图。

图13是示出作为本发明一实施形态的光开关的结构的剖面模式图。

图14是示出作为本发明一实施形态的光开关的结构的剖面模式图。

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施形态。

另外，本发明的意图不是限于本说明书中记述的具体内容，也不限制根据申请提出时众所周知的事项或者今后成为众所周知的事项进行的修正。

图1是示出本发明的光开关的总体结构概略的模式图。光开关1构成为输入一侧的光束定向模块9与输出一侧的光束定向模块10相对配置。各个模块一体地构成排列了多个能够把沿着光纤传播的光信号变换为平行光束的准直仪3的准直仪阵列4，排列了多个能够控制倾角的第1微反射镜5的第1反射镜阵列6，排列了多个能够控制倾角的第2微反射镜7的第2微反射镜阵列8。

输入一侧的任意的输入光纤2a与输出一侧的任意的输出光纤2b之间的耦合通过控制与输入光纤2a相对应的第1输入侧微反射镜5a以及第2输入侧微反射镜7a的倾斜使得光束入射到与输出光纤2b相对应的第1输出侧微反射镜5b中，进而，控制第1输出微反射镜5b以及与输出光纤2b相对应的第2输出微反射镜7b的倾斜使得入射到第1输出侧微反射镜5b的光束正确地入射到输出光纤2b中实现。

第1微反射镜5以及第2微反射镜7最好做成具有相互不同的旋转轴的单轴可动反射镜。由此，由于能够二维地控制光束的方向，因此能够把二维排列的任意的输入输出光纤之间进行耦合，实现光开关。第1微反射镜以第1方向为轴旋转，第2微反射镜以与第1方向不同的第2方向为轴旋转。关于本结构的光开关的基本结构及其效果在特愿2002-114099中详细地进行了说明。在本发明中，主要公开能够高精度而且容易地组装光束定向模块的组装结构。

图2是用于说明构成本发明的光开关的光束定向模块11的第1实施例的更详细的结构的剖面模式图。

在本实施例中，在支撑多个能够把沿着光纤12传输的光信号作为光束出射的准直仪13的准直仪支撑构件14上，按照第1电极基板15，第1衬垫16，第1反射镜基板17，反射镜间衬垫18，第2反射镜基板19，第2衬垫20，第2电极基板21的顺序叠层构成。在第1反射镜基板17上排列多个能够通过静电力旋转的第1微反射镜22和能够通过光束的第1窗口23，在第1电极基板15上排列多个用于驱动第1微反射镜22的电极(未图示)和能够通过光束的第2窗口24，第1衬垫16为了在第1微反射镜22与第1电极基板15的电极之间形成适当的间隙而插入在第1反射镜基板17与第1电极基板15之间。同样，在第2反射镜基板19上排列多个第2微反射镜25和第3窗口26，在第2电极基板21上排列多个第2微反射镜25驱动用的电极(未图示)和第4窗口27，第2衬垫20插入到第2反射镜基板19与第2电极基板21之间。进而，适当厚度的反射镜间衬垫18插入到第1反射镜基板17与第2反射镜基板19之间，由此，从准直仪13出射的光束28通过第2窗口24和第1窗口23由第2微反射镜25反射，进而由第1微反射镜22反射，通过第3窗口26和第4窗口27出射到光束定向模块11的外部。

在第1电极基板15，第1衬垫16，第1反射镜基板17，反射镜间衬垫18，第2反射镜基板19，第2衬垫20，第2电极基板21上分别形成对位用的贯通孔，通过设置成使得从准直仪支撑构件突出的销29贯穿贯通孔，准直仪13以及第1电极基板15，第1衬垫16，第1反射镜基板17，反射镜间衬垫18，第2反射镜基板19，第2衬垫20，第2电极基板21的各个构件相对地对位。

该实施例的至少一个特征是具备：具有多个连接到光纤12上的准直透镜13的准直仪支撑构件14；具有多个第1微反射镜22的第1反射镜基板17；配置在与配置了第1反射镜基板17的准直仪支撑构件14的一侧相反的一侧，具有多个与第1微反射镜22相对应设置的第2微反射镜25的第2反射镜基板19，形成为使得从准直透镜13出射的光束由第2微反射镜25反射后，由第1微反射镜22反射，放射到外部。而且，第1反射镜基板17具备通过到达上述第2微反射镜25之前的光束的窗口，第2反射镜基板19具备通过由第1微反射镜22反射了的光束的窗口，具备沿着叠层方向贯穿叠层了的第1微反射镜基板17和第2反射镜基板19的作为固定构件的销29，作为固定构件的销29形成为连接到准直仪支撑构件14上。

这样，通过用共同的固定构件贯穿在制造上对于光损失产生很大影响而且不容易调整的具备第1微反射镜的第1反射镜基板和具备第2微反射镜的第2反射镜基板并且构成一体，能够构成单独配置对位的更容易进行高精度的位置调整的高精度的模块。

而且，由于通过把贯穿这些反射镜基板的固定构件与搭载了准直透镜的COr仪表支撑构件连接并且固定为整体，经过共同的固定构件配置为叠层构造并固定构成模块中特别重要的光路的构件，因此能够得到具备组装容易的高精度光路的模块。

在静电驱动类型的微反射镜中，微反射镜与电极间的缝隙宽度的精度非常重要。如果缝隙比设计值小，则不满足所需要的最大振动角，反射镜将发生被电极吸入的拉入，如果间隙大，则即使加入最大电压也不能够达到最大振动角。在本发明的结构中，由于用第1衬垫16以及第2衬垫20的厚度精度能够管理上述间隙的精度，因此能够高精度地形成间隙宽度。即使对于第1微反射镜22与第2微反射镜25之间的垂直方向相对位置，也能够更高精度地管理反射镜间衬垫18的厚度。

关于水平方向的对位精度，由于考虑到组装的容易性，设定为在各个构件上形成的贯通孔的尺寸比销29的尺寸稍大，因此有可能发生在贯通孔中产生的与间隙相应的位移。然而，由于能够从贯通孔和销的设定尺寸预测位移的最大值，另外，由于各个构件的位移分别是以同一个销29为基准的移动，因此即使把各个构件叠层，也不会把水平方向位移相加，由此能够把位移抑制为微小的量。根据以上所述，能够在垂直方向和水平方向都实现很高的对位精度。

如果使用本结构，则由于只是通过销29叠层各个构件，因此即使用手工作业也能够简单地组装。以往，例如需要检测从多个准直仪出射的光束位置的同时，使用调心用工作台等把反射镜阵列的位置进行对位等有源调整的方法。另外，在对位了的位置难以固定成没有偏移。对此，在本结构中，由于只是进行组装的无源调整，因此能够大幅度地减少调心·组装装置的开发成本或者各个开关的调心·组装作业的成本，能够实现低成本的光开关。

另外，在本结构中，由于与以往结构相比较能够使准直仪与微反射之间的距离接近，因此即使稍稍发生准直仪的光轴偏移，光束也难以从微反射镜溢出。在以往构造中，必须高精度地使准直仪阵列的所有准直仪的光轴方向一致，在所有波道得到高耦合效率的对位是不可能的，但是在本结构中对于准直仪的光轴偏移的允许度高。

准直仪13能够把沿着光纤12传输来的光信号变换为平行光束出射，例如，能够使用在与圆柱形准直透镜的透镜面相反一侧的顶端上熔接光纤顶端构成的结构。另外，作为使多个准直仪13的轴方向一致进行固定的方法，例如，使用在形成于准直仪支撑构件14上的贯通孔中插入准直仪13并粘接的方法。通过高精度地管理准直仪13的光轴与外形轴方向的精度，以及准直仪的内径与贯通孔的内径的精度，能够构成光轴方向一致的准直仪阵列。

在形成于反射镜基板上的反射镜构造、窗口以及贯通孔等的加工中，例如，能够使用把硅晶片作为基底材料，通过光刻形成掩模，通过干法腐蚀或者湿法腐蚀等进行加工的整体微加工的方法。另外，在反射镜基板的反射光束的面上，用溅射或者蒸镀等方法成膜Au等金属膜形成反射面。

电极基板能够把硅晶片或者陶瓷基板等用作为基底材料，电极或者布线通过光刻构图，能够用溅射、蒸镀、电镀等方法成膜。在窗口以及贯通孔的加工中，能够使用腐蚀或者机械加工、激光加工等。

存在于反射镜基板与电极基板之间的衬垫不仅薄而且要求厚度的精度。例如，最好通过腐蚀减薄硅晶片等进行制作。

另一方面，在反射镜间衬垫的贯通孔也可以通过腐蚀形成，但是由于不要求高精度的尺寸精度，因此也可以通过机械加工形成。由于反射镜基板与电极基板之间存在的衬垫厚，因此也可以使用线膨胀系数与硅接近的可伐铁镍钴合金、殷钢等金属材料或者玻璃等。

准直仪支撑构件或者对位用的销中，最好也使用可伐铁镍钴合金、殷钢等金属材料或者玻璃等线膨胀系数与硅接近的材料。

当反射镜基板把硅作为材料时，电极基板、衬垫、反射镜间衬垫、准直仪支撑构件和对位用销通过也用上述那样的线膨胀系数与硅接近的材料构成，在组装了的状态下，能够减小各构件对于温度变化的热变形差引起的偏移，能够实现可靠性高的光束定向模块以及光开关。

另外，各构件的各种材料以及加工方法并不限于上述示出的例子。

作为固定从第1电极基板15到第2电极基板21的各构件的方法，例如，如图2所示，在对位用的销29的与准直仪支撑构件4相反一侧的顶端上，安装盖30，例如，经过弹簧31那样的弹性体，具备按压到第2电极基板21上的功能，能够把各构件一起固定。例如，能够从上述第2电极基板的上面与上述准直仪支撑构件之间，夹住这些叠层了的各构件进行固定。

在按压固定时，如果按压载荷过大则有可能破坏第2电极基板21，另外，如果过小，则通过组装后的冲击或者振动等各构件有可能发生位移。通过在盖30与第2电极基板21之间加入弹簧31，能够以适当的按压载荷固定。在本结构中，各构件由于以面接触，因此能够对于按压载荷进行强而且充分的载荷的固定。弹簧31例如是金属制，如图示那样既可以是螺旋形，也可以是板簧，另外还可以是橡胶制的板或者环形等，只要有弹性力即可。销与盖的接合例如有粘接，或者预先在销顶端与盖上嵌入弹簧，进行弹簧止动的方法。

另外，在本实施例中，示出了在光纤上搭载以准直透镜作为一个例子的透镜的形态，而如果不具备这样的准直透镜，在使来自光纤的光经过不是透镜的构件，或者从光纤直接照射到第2反射镜的形态的情况下，还能够省略上述的透镜。这种情况下，在附图以及说明中，支撑准直透镜的构件能够适用支撑光纤的构件。

另外，作为第2实施例，如图3所示，还可以通过单独固定在准直仪支撑构件4上的按压构件32，经过弹簧31按压到第2电极基板21上进行固定。其它的结构能够使用第1实施例的形态。按压构件32例如使用螺栓33固定在准直仪支撑构件4上。销29能够连接按压构件32。在本实施例中，也与螺栓33的夹紧力如何无关，能够得到适宜的按压载荷。在本实施例中，由于通过用螺栓33固定按压构件32能够进行整体的固定，因此与在销的顶端安装盖的上述实施例相比较，容易进行组装·分解。

另外，图4是用于说明光束定向模块的组装构造的另一个实施例的剖面模式图。在上述第1以及第2实施例中，从准直仪到第2反射镜基板，全部使用对位用的销进行对位，而在本第3实施例中，使准直仪顶端从准直仪支撑构件突出，直接把第1电极基板与准直仪进行对位。准直仪的光束出射一侧的顶端的一部分具有比准直仪支撑构件的第1反射镜基板一侧表面突出配置在第1反射镜基板一侧的区域。把准直仪顶端按压到第1电极基板的第2窗口的侧面或者边缘上。通过多个准直仪中至少用2个进行这样的对位，把准直仪支撑构件和第1电极基板定位。从第1电极基板到第2电极基板与第1实施例相同使用销进行对位。

准直仪和对位用的销由于轴方向并不是相互平行，因此在难以高精度地组装两者相对的位置以及角度的情况下，在本实施例中，由于使准直仪与第2窗口直接对位，因此能够进行更高精度的对位。

在图2～4的剖面图中图示的各个构件并不需要全部位于同一个剖面上。这里，为使说明简单而示于同一个图上。

图5～9以2×2的4波道阵列为例，分别示出构成静电驱动微透镜阵列的构件的平面结构的一个例子。

图5、图6和图7分别示出第1反射镜基板17、第1电极基板15和第1衬垫16的平面结构的一个例子。如图5所示，在第1反射镜基板17上第1微反射镜22和第1窗口23构成一组，排列4个波道部分。第1微反射镜22成为能够沿着一个旋转轴周围旋转的构造，例如作为最单纯的结构，如图5所示，能够使用反射镜由两根扭曲梁41支撑在基板上的结构。在基板上形成贯通孔构成第1窗口23。进而，在第1反射镜基板17上，形成用于通过对位用的销29的对位用贯通孔42。在对位用贯通孔42的形状、数量、配置方面可以考虑各种各样的变化，而在这里示出在四个角部配置的例子。对位用的销29最好使用圆柱形的销。

如图6所示，在第1电极基板15上，与第1反射镜基板17相对应，第1反射镜驱动用电极13和第2窗口24构成一组，排列4个波道部分。用于在第1反射镜驱动用电极43上加入电压的布线的引出例如能够通过以下的结构实现。形成在第1电极基板的周边部分形成的引线键合用电极44和连接第1反射镜驱动用电极的布线45，通过用引线48连接在第1电极基板15上粘接的第1软布线板16的布线47和引线键合用电极44，能够通过软布线板46在第1反射镜驱动用电极43上加入电压。另外，与第1反射镜基板17相同，对位用贯通孔49形成在四个角部。

第1衬垫当叠层了第1反射镜基板17以及第1电极基板时，配置在与第1微反射镜22，第1窗口23，第2窗口24，软布线板46，引线48等不干涉的区域。例如，如图7所示，在图中上下的周边区域中配置2个那样地通过预先分别形成2个对位用贯通孔50，能够由销定位。

当按照第1电极基板15，第1衬垫16以及第1反射镜基板17的顺序，分别在对位用贯通孔中通过销29叠层时，决定各构件的配置以及厚度，使得在第1微反射镜22的正下方，第1反射镜驱动用电极43、第1窗口23和第2窗口24恰好配置在光束的通道上。

图8以及图9示出第2反射镜基板19以及第2电极基板21的平面结构的一个例子。在第2反射镜基板19上，与第1反射镜基板17相同，第2微反射镜25和第4窗口26构成一组，排列4个波道部分。第2微反射镜也能够使用由两根扭曲梁51支撑的构造。另外，在四个角部形成对位用贯通孔52。

对于第2电极基板21也与第1电极基板15相同，排列4个波道的第2反射镜驱动电极53和第4窗口27的组，通过用布线55把引线键合用电极54和第2反射镜驱动用电极53结合，用引线58连接第2电极基板21上粘接的第2软基板56的布线57和引线键合用电极54，能够通过第2软基板56在第2反射镜驱动用电极53上加入电压。另外，在四个角部形成对位用贯通孔59。

第2衬垫20能够采用与图7所示的第1衬垫16相同的结构。另外，反射镜间衬垫18虽然厚度比第1衬垫16以及第2衬垫20厚，但是平面结构能够采用图7所示的相同的结构。

在第1电极基板15的上面，进而当按照反射镜间衬垫18，第2反射镜基板19，第2衬垫20，第2电极基板21的顺序，分别在对位用贯通孔中贯通定位用销29叠层时，决定各构件的配置以及厚度，使得第2微反射镜25，第1微反射镜22，第3窗口26以及第4窗口27配置在光束的通道上。进而，在开关动作中，当光束以用于在任意的波道之间耦合的最大的振荡角度振荡时，决定上述微反射镜以及窗口的尺寸使得光束部分地从微反射镜溢出，或者没有通过窗口损失增大。另外，如图3所示使得第1微反射镜22的旋转轴是Y轴的方向，如图6所示使得第2微反射镜25的旋转轴是X轴的方向那样，通过具有相互独立的(理想的是正交)旋转轴，能够使用2个反射镜二维地控制光束的方向。还可以使第1微反射镜在X轴周围，第2微反射镜在Y轴周围旋转。

第1反射镜基板17以及第2反射镜基板19例如使用MEMS(微机电系统)技术，在硅基板上实施腐蚀或者光刻等加工，能够形成反射镜或者扭曲梁、贯通孔等。反射镜通过扭曲梁对于所加入的静电力弹性变形而可移动。扭曲梁除去图5以及图8所示的直梁以外，例如，如图10所示，通过做成把直梁折叠了多次的构造的弯曲梁61，即使梁的截面积相同，但是进一步降低对于螺旋的刚性，能够使被支撑在弯曲部分的反射镜部分62更易于旋转。

另外，在上述的实施例中，示出了使用反射镜基板和电极基板的2片基板，使用了平行平板型的静电驱动反射镜时的构造，而也能够使用在一片基板上构成的其它驱动方式的反射镜。

在由一片基板构成的可动反射镜中，例如有使用压电元件进行驱动的可动反射镜。使用了压电元件的可动反射镜的构造例如图10所示，在反射镜部分62由弯曲梁61支撑的构造中，能够使用在弯曲梁61上形成了压电元件的结构。图12示出通过压电元件扭曲动作的弯曲梁的结构的例子。在弯曲梁61的折叠了的各个直梁的表面上，交互形成第1压电元件81和第2压电元件82，全部用布线连接。第1压电元件81和第2压电元件82相互把极化方向取为相反，例如，如果从布线加入正的电压，第1压电元件81收缩，则第2压电元件82膨胀。另外，当加入负的电压时成为相反，由此根据电压，弯曲梁61扭曲，能够使反射镜部分62旋转。

另外，还可以使用电磁驱动的反射镜。例如，依据在用适当的扭曲梁支撑的反射镜一部分表面上形成线圈，在外部设置了永久磁铁的结构，根据在线圈中流过的电流产生电磁力，能够使反射镜旋转。

在本发明中公开的光束定向模块的用途并不只是光开关，在以光束定向模块单体高精度地控制并维持光束的方向，扫描光束这样的用途中，例如，能够在激光打印机，激光曝光机，显示器等中使用。在本发明的光束定向模块中，通过使用两个单轴可动反射镜控制光束方向，各个轴的动作独立，因此没有在2轴可动反射镜可观察到那样的如果使一方的轴周围的角度发生变化，则另一方的角度也发生变化那样的轴间干涉，因此容易进行光束方向的控制，例如网格形地扫描光束也很容易。另外，在静电驱动反射镜的情况下，与2轴可动反射镜相比较，由于能够较大地取得反射镜驱动的电极面积，因此提高反射镜的最大振动角或者速度等，能够提高反射镜子基本性能。

上述说明的使用了光束定向模块的光开关例如象图13所示那样构成。光束定向模块能够适用上述的形态。在输入输出中使用的第1光束定向模块9以及第2光束定向模块10分别在作为支撑构件的第1角构件91和第2角构件92上，分别使用第1连接螺栓93和第2连接螺栓94连接。进而，第1角构件91以及第2角构件92在共同的基底构件95上分别使用第3连接螺栓96和第4连接螺栓97连接。

输入输出的光束定向模块之间的光束耦合在组装了光开关以后，通过微调微反射镜的角度，也能够与最佳的耦合位置一致。由此，对于光束定向模块之间的对位，只要能够收容在反射镜的最大振荡角的范围内，则就不需要以上那样的高精度。另一方面，如果光束定向模块内的透镜以及反射镜之间在组装的时刻偏移，则以后不容易进行修正。由此，构成光束定向模块的透镜以及反射镜，至少准直仪支撑构件和第1反射镜基板与第2反射镜基板最好由贯穿它们的同一个固定构件(销30a以及30b)高精度地定位。输入输出的光束定向模块如果也全部用相同的销定位则精度高，但是由于光束定向模块之间的光路长因此销也长，组装方法或者固定透镜和反射镜的方法复杂，在此基础上，如果成为用细长的销支撑的构造，则耐振动·冲击性差。如上述那样，由于2个光束定向模块不需要高精度的定位，因此当然是经过刚性构件进行连接使得抗振动·冲击性强的方法优先。例如，如图13所示的实施例那样，通过分别把第1角构件91以及第2角构件92按压到形成在基底构件95上的第1按压面98以及第2按压面99上进行对位，用连接螺栓进行固定。这样，本形态的特征在于通过与固定上述的光束定向模块的螺栓等固定构件不同的固定构件固定在基底材料上。在本实施例中，特别地例示了各光束定向模块与基底材料之间经过支撑构件进行固定，光束定向模块与支撑构件之间以及支撑构件与基底材料之间分别由不同的固定构件固定的形态。作为具体的形态，具有形成为使得作为第1固定构件的销29连接到第1准直仪支撑构件上的第1光束定向模块；由作为第3固定构件的第3连接螺栓96固定第1光束定向模块的基底材料95；在上述基底材料上由作为第4固定构件的第4连接螺栓97固定，并且形成为使得上述作为第2固定构件的销连接到准直仪支撑构件上的与第1光束定向模块相同的第2光束定向模块。

第2光束定向模块具备：具有多个连接到光纤上的第2准直透镜(相当于第1准直透镜)的第2准直仪支撑构件(相当于第1准直透镜)；具有多个第3反射镜(相当于第1反射镜)的第3反射镜基板(相当于第1反射镜基板)；配置在与配置了上述第3反射镜基板的上述第1准直仪支撑构件的一侧相反的一侧，具有多个与上述第3反射镜相对应设置的第4反射镜(相当于第2反射镜)的第4反射镜基板(相当于第2反射镜基板)，形成为使得来自上述第1光束定向模块的光束由上述第3反射镜反射了以后，由上述第4反射镜反射，向所选择的上述第2准直透镜放射，上述第3反射镜基板具备通过经过了上述第4反射镜的光束的窗口，上述第4反射镜基板具备通过照射到上述第3反射镜之前的光束的窗口，具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第3反射镜基板和上述第4反射镜基板的第2固定构件。

具体地讲，各个光束定向模块一次经过支撑构件固定在共同的基底材料上，上述第1光束定向模块经过第1角构件固定在上述基底材料上，上述第2光束定向模块经过第2角构件固定在上述基底材料上，第1光束定向模块由作为第5固定构件的第1连接螺栓固定在第1角构件上，第1角构件由作为第3固定构件的第3连接螺栓固定在基底材料95上，第2光束定向模块由作为第6固定构件的第2连接螺栓固定在第2角构件上，第2角构件由作为第4固定构件的第4连接螺栓固定在基底材料95上。

通过这样形成，能够抑制来自外部的外力等的影响，构成能够确保高精度的光耦合的高可靠性的光开关。

另外，作为使用了本发明的光束定向模块的其它形态，如图14所示，通过构成为代替图13所示结构的第2光束定向模块，配置了一个固定反射镜的结构，能够构成在一个光束定向模块中具有输入输出双方光纤的光开关。基本的光束定向模块的结构能够使用上述实施例中示出的形态。即，输入输出光束定向模块100与图13结构的第1光束定向模块相同，固定在基底构件95上，与其相对，在固定反射镜支撑构件102上例如用粘接等方法固定一片固定反射镜101，由连接螺栓103把固定反射镜支撑构件102固定在基底构件95上。固定反射镜支撑构件101能够通过例如按压到基底构件95的按压面98上定位。在本结构中，选择输入输出光束定向模块100的多条光纤内的输入光纤和输出光纤，通过控制与输入光纤、输出光纤相对应的反射镜的角度使得从与输入光纤相对应的透镜出射的光束由固定反射镜101折返，返回到输入输出光束定向模块中，入射到输出光纤中，能够进行光耦合。

这样，作为其它的具体形态，具备沿着叠层方向贯穿叠层了的第1反射镜基板和第2反射镜基板的第1固定构件，具备形成为使得第1固定构件连接到第1准直仪支撑构件上的光束定向模块；由与上述第1固定构件不同的第2固定构件固定光束定向模块的基底材料；由与上述第1固定构件不同的第2固定构件固定在基底材料上的固定反射镜。

光束形成为使得从第1准直透镜出射光束通过第1反射镜基板的窗口由第2反射镜基板的第2反射镜反射了以后，由第1反射镜基板的第1反射镜反射，经过第2反射镜基板的窗口向固定反射镜放射。而且，由固定反射镜反射的光束通过第2反射镜基板的窗口由第1反射镜基板的第3反射镜反射了以后，由第2反射镜基板的第4反射镜反射，通过第1反射镜基板的窗口，导入到所选择的第2准直仪透镜。

根据本发明，能够通过无源调整进行微反射镜阵列与准直仪阵列的高精度对位，能够实现低成本的三维光开关。

根据本发明，能够提供解决了上述的课题，高精度而且容易地进行准直仪阵列与可动反射镜阵列的相对的对位，组装容易而且低损失的光矩阵开关。

Claims (15)

1.一种光束定向模块，具备：

具有连接到光纤上的多个准直透镜的准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第2反射镜基板，上述第2反射镜基板具有与上述第1反射镜相对应设置的多个第2反射镜，

形成为从上述准直仪出射的光束由上述第2反射镜反射后，由上述第1反射镜反射并放射到外部，

上述第1反射镜基板具备光束到达上述第2反射镜之前所通过的第1窗口，上述第2反射镜基板具备光束由上述第1反射镜反射后所通过的第2窗口，

上述光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的固定构件，

上述固定构件形成为连接到上述准直仪支撑构件上。

2.根据权利要求1所述的光束定向模块，还具备：

经过衬垫叠层在上述第1反射镜基板上且具有驱动上述第1反射镜的驱动机构的第1驱动基板；

经过衬垫叠层在上述第2反射镜基板上且具有驱动上述第2反射镜的驱动机构的第2驱动基板，

上述第1驱动基板和上述第2驱动基板配置为在叠层方向上被上述固定构件所贯穿。

3.根据权利要求1所述的光束定向模块，还具备：

具有驱动上述第1反射镜的驱动机构和第3窗口的第1驱动基板；

具有驱动上述第2反射镜的驱动机构和第4窗口的第2驱动基板，

形成为使得从上述准直仪出射的光束从第3窗口经过第1窗口由上述第2反射镜反射，由上述第2反射镜反射后的光束照射到第1反射镜，由上述第1反射镜反射后的光束从上述第2窗口经过第4窗口放射到外部，

所述固定构件沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板以及第1驱动基板和上述第2反射镜基板以及第2驱动基板。

4.根据权利要求1所述的光束定向模块，其特征在于：

上述第1反射镜具备以第1方向为轴旋转的机构，上述第2反射镜具备以与上述第1方向不同的第2方向为轴旋转的机构。

5.根据权利要求1所述的光束定向模块，其特征在于：

具备由上述固定构件所贯穿且将上述叠层了的多个基板按压到上述准直仪支撑基板上的加压机构。

6.根据权利要求1所述的光束定向模块，其特征在于：

具有上述准直仪的光束出射一侧的顶端的一部分比上述准直仪支撑构件的上述第1反射镜基板一侧的表面突出配置到上述第1反射镜基板一侧的区域。

7.根据权利要求1所述的光束定向模块，其中，

形成为使得从上述准直仪出射的光束经过第1窗口由第2反射镜反射，由上述第2反射镜反射后的光束放射到第1反射镜，由上述第1反射镜反射后的光束经过上述第2窗口放射到外部，

在上述第1反射镜基板或者上述第2反射镜基板上具备驱动形成在上述第1反射镜基板或第2反射镜基板上的反射镜的驱动机构。

8.根据权利要求7所述的光束定向模块，其特征在于：

至少在支撑形成在上述基板上的反射镜的反射镜支撑部分上具备上述驱动机构。

9.根据权利要求7所述的光束定向模块，其特征在于：

在上述反射镜支撑部分上具备在第1方向上驱动反射镜的第1驱动机构和在第2方向上驱动反射镜的第2驱动机构。

10.根据权利要求7所述的光束定向模块，其特征在于：

具备由压电元件驱动的上述驱动机构。

11.根据权利要求7所述的光束定向模块，其特征在于：

具备通过电磁力驱动的上述驱动机构。

12.一种光开关，具备：

连接了多条第1光纤的第1光束定向模块；

与上述第1光束定向模块相对应形成且连接了多条第2光纤的第2光束定向模块，

从上述多条第1光纤内的一条光纤输入的光束从上述第1光束定向模块经过上述第2光束定向模块输出到从多条第2光纤内选择出的光纤中，

上述第1光束定向模块或者上述第2光束定向模块具备权利要求1所述的光束定向模块。

13.一种光开关，具备基底材料、第1光束定向模块和第2光束定向模块，其中，

第1光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个第1准直透镜的第1准直仪支撑构件；

具有多个第1反射镜的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述第1准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第2反射镜基板，上述第2反射镜基板具有与上述第1反射镜相对应设置的多个第2反射镜，

形成为使得从上述第1准直仪出射的光束由上述第2反射镜反射后，由上述第1反射镜反射并放射到外部，

上述第1反射镜基板具备光束到达上述第2反射镜之前所通过的窗口，上述第2反射镜基板具备光束由上述第1反射镜反射后所通过的窗口，

上述第1光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的第1固定构件，

上述第1固定构件形成为连接到上述第1准直仪支撑构件上，

上述第1光束定向模块由第3固定构件固定于上述基底材料且上述第2光束定向模块由第4固定构件固定于上述基底材料，

第2光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个第2准直透镜的第2准直仪支撑构件；

具有多个第3反射镜的第3反射镜基板；

在上述第3反射镜基板的与配置了上述第2准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第4反射镜基板，上述第4反射镜基板具有与上述第3反射镜相对应设置的多个第4反射镜，

形成为使得来自上述第1光束定向模块的光束由上述第3反射镜反射后，由上述第4反射镜反射并向所选择的上述第2准直透镜放射，

上述第3反射镜基板具备经过了上述第4反射镜的光束所通过的窗口，上述第4反射镜基板具备光束照射到上述第3反射镜之前所通过的窗口，

上述第2光束定向模块还具备沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第3反射镜基板和上述第4反射镜基板的第2固定构件，

上述第2固定构件形成为连接到上述第2准直仪支撑构件上。

14.根据权利要求13所述的光开关，其特征在于：

上述第1光束定向模块经过第1支撑构件固定在上述基底材料上，上述第2光束定向模块经过第2支撑构件固定在上述基底材料上，

上述第1光束定向模块由第5固定构件固定在上述第1支撑构件上，上述第1支撑构件由上述第3固定构件固定在上述基底材料上，

上述第2光束定向模块由第6固定构件固定在上述第2支撑构件上，上述第2支撑构件由上述第4固定构件固定在上述基底材料上。

15.一种光开关，具备光束定向模块，其中，

光束定向模块具备：

具有连接到光纤上的多个准直透镜的准直仪支撑构件；

具有多个反射镜和窗口的第1反射镜基板；

在上述第1反射镜基板的与配置了上述准直仪支撑构件的一侧相反的一侧配置的第2反射镜基板，上述第2反射镜基板具备与上述反射镜相对应设置的多个反射镜和窗口；

沿着叠层方向贯穿叠层了的上述第1反射镜基板和上述第2反射镜基板的第1固定构件，

上述第1固定构件形成为连接到上述第1准直仪支撑构件上，

上述光开关还具备由第2固定构件固定了上述光束定向模块的基底材料和由第2固定构件固定在上述基底材料上的固定反射镜，

形成为使得从上述第1准直透镜出射的光束通过上述第1反射镜基板的窗口，由上述第2反射镜基板的第2反射镜反射后，由上述第1反射镜基板的第1反射镜反射，经过上述第2反射镜基板的窗口向上述固定反射镜放射，

形成为使得由上述固定反射镜反射后的光束通过上述第2反射镜基板的窗口，由上述第1基板的第3反射镜反射后，由上述第2反射镜基板的第4反射镜反射，通过上述第1反射镜基板的窗口，导入到所选择的第2准直透镜。

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