JP2001154124A

JP2001154124A - 光スイッチ

Info

Publication number: JP2001154124A
Application number: JP33579999A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Kaneko; 進一金子
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2001-06-08

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で耐久性に優れた高精度の光スイ
ッチを提供する。【解決手段】１又は複数の第１光ファイバーから出射
される光信号を、１又は複数の第２光ファイバーの内の
１つに選択的に入射する光スイッチであって、第１光フ
ァイバー、第２光ファイバー、及び、第１光ファイバー
と第２光ファイバーを光学的に結合するレンズの位置決
めを行う位置決め部、並びに、第１光ファイバーと第２
光ファイバーの組み合わせに対応して設けられ、第１光
ファイバーより出射された光信号の進路を対応する第２
光ファイバーに向ける反射ミラーを有するカンチレバー
が一体形成されたシリコン基板と、上記複数のカンチレ
バーを操作して選択した反射ミラーを第１光ファイバー
の光軸上に位置させ、当該第１光ファイバーより出射さ
れた光信号を第２光ファイバーに入射させるスイッチ部
とで構成されることを特長とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信技術の分野
において使用され、光ファイバーケーブルを介して入力
された光信号の進路を、２以上の光ファイバーケーブル
の内の選択した１本に切り換える光スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光ファイバーケーブルを介し
て入力された光信号の進路（回線）を、２以上の光ファ
イバーケーブルの内の選択された１本に切り換える光ス
イッチが知られている。

【０００３】図１４は、４入力ポート，４出力ポートを
備える光スイッチの従来例である。ファイバ実装基板１
００１は、４入力ポートとして４本の光ファイバーケー
ブル１００２〜１００５を所定の高さに平行かつ等間隔
に保持する。ファイバ実装基板１０１０は、４出力ポー
トとして４本の光ファイバーケーブル１０１１〜１０１
４を所定の高さに平行かつ等間隔に保持する。図示する
ように、上記実装基板１００１及び１０１０は、実装基
板１００１に保持されている光ファイバ１００２〜１０
０５の光軸が、実装基板１０１０に保持されている光フ
ァイバ１０１１〜１０１４の光軸に交差するようにシリ
コン基板１０００上の所定の位置に接合される。スイッ
チ内の光ファイバーケーブル１００２〜１００５，１０
１１〜１０１４の端部には、光信号を送受信するための
コリメータレンズ１００６〜１００９，１０１５〜１０
１８が設けられている。上記実装基板１００１及び１０
１０が各々保持する光ファイバーの光軸の交点には、反
射ミラー１１００〜１１１５が設けられている。反射ミ
ラー１１００〜１１１５は、静電気の力を利用する可倒
機構（図示せず）により、対応する光ファイバの光軸上
にあって、該光ファイバから出射された光を反射して別
の対応する光ファイバに入射する起立状態と、対応する
ファイバの光軸から退避した状態との間を移動できるよ
うにしてある。例えば、図示するように、入力ポート側
の光ファイバーケーブルと出力ポート側の光ファイバー
ケーブルの光軸が直交する場合、反射ミラーは、入射ポ
ート側の光ファイバーケーブルより見て出力ポート側の
光ファイバーケーブルの向きに４５度傾けて設けられ
る。

【０００４】上記従来の光スイッチは、反射ミラー１１
００〜１１１５を選択的に起立させることによって回線
の切り換えを行う。例えば、反射ミラー１１０２を起立
させた場合、光ファイバーケーブル１１０２から出射さ
れた光信号は光ファイバーケーブル１０１３に入射す
る。反射ミラー１１０２の代りに反射ミラー１１０３を
立てると、光ファイバーケーブル１１０２から出射され
た光信号は光ファイバーケーブル１０１４に入射する。

【０００５】なお、上記光スイッチについては、1998
年、4月発行のIEEE Photonics Technology Letters VO
L.10 NO.4において発表された、L.Y.リン等による論
文”Free-Space Micromachined Optical Switches with
Submillisecond Switching Time for Large-Scale Opt
ical Crossconnects”に開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、光通信機器の小
型化を図るには、上記光スイッチはできるだけ小さいこ
とが好ましい。光通信の分野において、一般的に使用さ
れる光ファイバーケーブルの直径は、１２５μｍであ
る。反射ミラーは、上記光ファイバーケーブルより出射
される光信号を反射するのに使用するため、少なくとも
縦１２５μｍ、横１２５×１．４μｍのサイズが必要に
なる。このため光スイッチの小型化は、上記反射ミラー
以外の部品、例えば、実装基板や反射ミラーの可倒機構
等の小型化により図られることになる。ミクロン単位で
微小化の図られた実装基板１００１及び１０１０、可倒
式の反射ミラー１１００〜１１１５、並びに、図示しな
い各反射ミラーの動作機構を設計通りの位置に正確に配
設するには、高精度な部品配設技術が要求される。特
に、多ポート入力、多ポート出力の光スイッチの場合、
その部品数は膨大な数になり、各部品を設計通りに正確
に配設することは難しい。このため、従来の光スイッチ
は、コスト高となり、また、正確な部品配設の難しさゆ
え光スイッチを通過する光信号の損失が大きく成り易い
といった傾向があった。また、上記従来の光スイッチで
は、反射ミラー１１００〜１１１５、各反射ミラーの可
動機構、及び、これらが実装される基板が別の材料であ
ることから、これらの接合部の信頼性も問題となる。な
お、上記問題は、例えば、特開昭５４−１６１９５２号
公報に開示される光スイッチにも該当する。

【０００７】また、シリコン基板にマトリクス状に溝を
設け、各溝の交差部分に反射ミラーを出没させるアクチ
ュエータを備える光スイッチが提案されている（特開平
５−１３００３８号公報、及び、特開平５−１３４１９
５公報）。当該構成では、各光ファイバーの位置決め部
と上記アクチエータを単一のシリコン基板に形成するた
め、部品点数を減少し、小型化を図ることができる。し
かしながら、当該出願には、反射ミラーの材料及び形成
方法、並びに、当該反射ミラーを出没させるアクチュエ
ータの具体的構成及びその製造方法が開示されていな
い。このため、当該光スイッチでは、正確な部品配設の
難しさを解消し、光スイッチ内を通過する光信号の損失
を低減することはできない。

【０００８】本発明は、簡単な構成で耐久性に優れた高
精度の光スイッチを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の光スイッ
チは、１又は複数の第１光ファイバーケーブルから出射
される光信号を、１又は複数の第２光ファイバーケーブ
ルの内の１つに選択的に入射する光スイッチであって、
第１光ファイバーケーブル、第２光ファイバーケーブ
ル、及び、第１光ファイバーケーブルと第２光ファイバ
ーケーブルを光学的に結合するレンズの位置決めを行う
位置決め部、並びに、第１光ファイバーケーブルと第２
光ファイバーケーブルの組み合わせに対応して設けら
れ、第１光ファイバーケーブルより出射された光信号の
進路を対応する第２光ファイバーケーブルに向ける反射
ミラーを有するカンチレバーが一体形成されたシリコン
基板と、上記複数のカンチレバーを操作して選択した反
射ミラーを第１光ファイバーケーブルの光軸上に位置さ
せ、当該第１光ファイバーケーブルより出射された光信
号を第２光ファイバーケーブルに入射させるスイッチ部
とで構成されることを特長とする。

【００１０】本発明の第２の光スイッチは、上記第１の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバ
ーの反射ミラーは、反射ミラー直前の物理的な環境、例
えば、反射ミラーに対向する壁の形状、及び、当該壁ま
での距離等の環境を互いに同じにした状態でエッチング
形成した壁に、金属又は誘電体を蒸着したものであるこ
とを特長とする。上記物理的な環境を同一にした状況で
エッチングして得られる反射ミラーは、全て均一な反射
面を有する。

【００１１】本発明の第３の光スイッチは、上記第２の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバ
ーの反射ミラーは、反射ミラー直前の物理的環境、例え
ば、反射ミラーに対向する壁の形状、および、当該壁ま
での距離等の環境を互いに同じにするダミー壁と共にエ
ッチング形成された壁に金属又は誘電体を蒸着したもの
であり、当該カンチレバーは上記ダミー壁の除去跡を備
えることを特長とする。上記物理的な環境を同一にした
状況でエッチングして得られる反射ミラーは、全て均一
な反射面を有する。

【００１２】本発明の第４の光スイッチは、上記第１乃
至第３の光スイッチの何れかにおいて、上記シリコン基
板の少なくとも１つのカンチレバーは、支持端から先端
までの距離が全長よりも短くなるように折り曲げられて
いることを特長とする。

【００１３】本発明の第５の光スイッチは、上記第１乃
至第４の光スイッチの何れかにおいて、上記シリコン基
板の各カンチレバー先端に磁性膜を備え、上記スイッチ
部は、各カンチレバーの磁性膜に対向する所定の位置に
個々に設ける複数の電磁石と、各電磁石のオン／オフを
制御して、選択した反射ミラーを第１光ファイバーケー
ブルの光軸上に位置させる制御部とで構成されることを
特長とする。

【００１４】本発明の第６の光スイッチは、上記第１乃
至第４の光スイッチの何れかにおいて、上記シリコン基
板の各カンチレバーは、第１光ファイバーケーブルの光
信号を出射する端から反射ミラーまでの距離に応じて順
に変化する全長を有し、上記シリコン基板の各カンチレ
バー先端に磁性膜を備え、上記スイッチ部は、各カンチ
レバーの磁性膜に対向する所定の位置に設けた単一の電
磁石と、当該電磁石の強度を調節して、選択した反射ミ
ラーを第１光ファイバーケーブルの光軸上に位置させる
制御部とで構成されることを特長とする。

【００１５】本発明の第７の光スイッチは、上記第１乃
至第６の光スイッチの何れかにおいて、上記シリコン基
板において、複数の第２光ファイバーケーブルの位置決
め部が、各カンチレバー上に設けられていることを特長
とする。

【００１６】本発明の第８の光スイッチは、上記第７の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバ
ーは、支持端より見て反射ミラーの位置を越えて延びて
いることを特長とする。

【００１７】本発明の第９の光スイッチは、上記第８の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバ
ーは、支持端より見て反射ミラーの位置を越えた位置か
ら放射状に延びていることを特長とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】（１）発明の概要本発明の光スイッチは、入力ポート及び出力ポート用の
複数の光ファイバーケーブル（先端に２本の光ファイバ
ー間で光信号を送受信するための光学レンズを含む）を
位置決めする手段としてＶ字溝又は挟持部、並びに、入
力ポート側の光ファイバーより出射された光信号を出力
ポート側の光ファイバーに出力する反射ミラー用の壁を
先端に備える複数の細長い片持ち型のレバー（以下、カ
ンチレバーという）を備え、当該位置決め手段及びカン
チレバーが薄いシリコン基板をＩＣＰ（Inductively Co
upled Plasma），ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etchin
g）等の周知のエッチング技術により加工して形成した
ものであることを特徴とする。

【００１９】周知のエッチング技術を用いることによ
り、上記光ファイバーケーブルの位置決め手段と上記カ
ンチレバー先端の壁に形成する反射ミラーとのサブミク
ロン単位での位置合わせが可能となり、高精度な光スイ
ッチを得ることができる。また、上記位置決め手段及び
カンチレバーを一体形成することにより、部品点数の削
減を図ることができ、コストダウン、耐久性の向上、及
び、装置の一層の小型化を図ることができる。

【００２０】以下、上記特徴を具備する実施の形態１乃
至実施の形態６にかかる光スイッチの説明を添付の図面
を用いて順に行う。

【００２１】（２）実施の形態１ (2-1)全体構成図１は、実施の形態１にかかる１入力ポート、８出力ポ
ートを備える光スイッチ１の構成を示す図である。図１
の（ａ）は、光スイッチ１の正面図である。図１の
（ｂ）は、（ａ）に示す正面図のα―α’線に沿う断面
図である。図１の（ｃ）は、（ａ）に示す正面図のβ−
β’線に沿う断面図である。光スイッチは、カンチレバ
ー２〜９、Ｖ字溝３４〜４２、光ファイバーケーブル４
３〜５１、電磁石２６〜３３、及び、制御部６２で構成
される。上記カンチレバー２〜９及びＶ字溝３４〜４２
は、薄いシリコン基板２をエッチング加工して形成した
ものである。なお、上記カンチレバー２〜９、及び、Ｖ
字溝３４〜４１の製造方法について後に説明する。

【００２２】Ｖ字溝３４〜４１は、等間隔かつ平行に設
けられ、光ファイバーケーブル４３〜５０の位置決めを
行う。Ｖ字溝４２は、Ｖ字溝３４〜４１に直交する位置
に設けられ、光ファイバーケーブル５１の位置決めを行
う。光ファイバーケーブル４３〜５１は、先端部に、光
ファイバーケーブル間で光信号の送受信を行うための光
学レンズ５２〜６０を備える。上記光学レンズ５２〜６
０は、光ファイバーケーブル４３〜５１のスイッチ内方
の端部に別個独立して設けても良い。

【００２３】カンチレバー２〜９は、Ｖ字溝３４〜４１
に沿って一対一に対応して設けられる。図１の（ａ）に
示すように、カンチレバー２〜９の右端は、シリコン基
板２に接続されている。カンチレバー２〜９の先端に
は、上記エッチングにより形成した壁に金属又は誘電体
を蒸着して成る反射ミラー１０〜１７が設けられてい
る。反射ミラー１０〜１７は、光ファイバーケーブル５
１の光軸と光ファイバーケーブル４３〜５０の光軸とが
交差する位置に設けられる。反射ミラー１１〜１７の向
きは、光ファイバーケーブル５１から出射した光信号が
光ファイバーケーブル４３〜５０に入射する角度に設定
されている。

【００２４】以下、カンチレバー２〜９の先端部の構成
について詳しく説明する。図２は、カンチレバー２、３
及び４の先端部の拡大斜視図である。説明の便宜上、上
記３つのカンチレバー２〜４についてのみ示すが、残り
のカンチレバー５〜９の先端部周辺の構造も同じであ
る。

【００２５】図示するように、カンチレバー２、３、４
の先端部には、反射ミラー１０、１１、１２が設けられ
る。カンチレバー２〜９の先端部底面には、磁性膜１８
〜２５がメッキされている。図１の（ｃ）にも示すよう
に、磁性膜１８〜２５と対向する位置には、電磁石２６
〜３３が設けられている。電磁石２６〜３３は、制御部
６２に接続され、個別にオン／オフ制御される（図１の
（ｃ）を参照）。制御部６２は、光ファイバー４３〜５
０の内、光ファイバー５１から出射された光信号を入射
させたいケーブルに対応する電磁石だけをオフにし、残
りの電磁石をオンにする。

【００２６】以下、制御部６２が選択した反射ミラーを
入力ポートの光ファイバーケーブル５１の光軸上に介在
させる処理をスイッチングという。以下の実施の形態２
乃至６において同じである。

【００２７】カンチレバー２〜９は、弾性部材であるシ
リコン基板２をエッチング加工して形成したものであ
る。このため、対向する位置の電磁石がオンにされた場
合には、オンされた電磁石の磁力により引き付けられて
撓むが、電磁石がオフにされて上記磁力が働かなくなれ
ば、元の状態に復帰する。電磁石２６〜３３は、オン時
に光ファイバー５１から出射された光信号が反射ミラー
１０〜１７に当たらなくなる位置にまで当該反射ミラー
１０〜１７を引き下げる位置に設ける。具体的には、光
スイッチ１の場合、電磁石２６〜３３は、磁性膜１８〜
２５をシリコン基板２よりも下の位置にまで引き下げ
る、磁性膜１８〜２５から反射ミラー１０の高さＭ１以
上の大きさのＭ２だけ下の位置に配設する。

【００２８】図３は、図１（ａ）に示すカンチレバー９
近傍の拡大図である。上述するように、反射ミラー１０
〜１７は、シリコン基板２をエッチング加工してカンチ
レバー２〜９の先端部に形成した壁１０’〜１７’に金
属又は誘電体を蒸着したものである。光スイッチ１の精
度上、反射ミラー１０〜１７の反射面は、均一な形状で
あることが望ましい。ここで、均一な形状とは、歪んで
いる場合には、それぞれ同じように歪んでいることを意
味する。これは、各反射ミラー１０〜１７が均一な歪を
持つ場合には、Ｖ字溝４２に載置する光ファイバー５１
の位置を調整するだけで対処できるが、各反射ミラー１
０〜１７がそれぞれ異なる歪を持つ場合には、Ｖ字溝３
４〜４１に載置する光ファイバ４３〜５０の位置を個別
に調整する必要が生じるためである。

【００２９】反射ミラー１０〜１７を均一にするには、
各壁１０’〜１７’面前の物理的なエッチング環境、例
えば、反射ミラーに対向する壁の形状、及び、当該壁ま
での距離等のエッチング環境を同じにすることが要求さ
れる。カンチレバー２〜８の壁１０’〜１６’の前方に
は、距離Ｗを隔てて、それぞれ次のカンチレバー３〜９
の壁１１’〜１７’が存在するが、カンチレバー９の壁
１７’の前方には次のカンチレバーの壁は存在しない。
例えば、点線６３に沿う壁を形成するようにエッチング
を行うと、カンチレバー９の壁１７’の面前のエッチン
グ環境だけが他の壁１０’〜１６’と異なることにな
り、エッチング加工により得られる壁１７’の形状が他
の壁１０’〜１６’と相異することになる。

【００３０】そこで、光スイッチ１では、カンチレバー
９の壁１７’の前方の距離Ｗの位置にＶ字溝４２近傍を
実線で示すように斜めに延びるダミー壁６４を設け、他
の壁とエッチング環境を同じにする。これにより、他の
壁１０’〜１６’と均一な壁１７’をカンチレバー９の
先端に形成可能にする。

【００３１】なお、上記ダミー壁７１を形成する代り
に、図４の（ａ）に示すように、各カンチレバー２〜９
の先端部に壁１０’〜１７’と、該壁１０’〜１７’か
ら所定の間隙をあけてダミー壁６５〜７２を設けるよう
にしても良い。図４の（ｂ）に示すように、エッチング
完了後、切断線７３に沿ってダミー壁６５〜７２をエッ
チング処理等により切除する。これにより、均一な壁１
０’〜１７’を得ることができる。なお、カンチレバー
２〜９の先端に上記ダミー壁６５〜７２の除去跡を備え
ることで、当該光スイッチ１がダミー壁６５〜７２を用
いて形成されたものであると推定することができる。

【００３２】(2-2)カンチレバー等の製造方法図５の（ａ）〜（ｈ）は、上記ダミー壁７１に更に図４
に示すダミー壁６５〜７２を備えるカンチレバー２〜
９、及び、Ｖ字溝３４〜４２の製造工程を表す図であ
る。以下、本図に従いカンチレバー２〜９、及び、Ｖ字
溝３４〜４２の製造工程の説明を行う。なお、説明の便
宜上、カンチレバー先端に形成される壁１０’〜１
７’、及び、ダミー壁６５〜７２を簡略化して表してい
る。

【００３３】従来より一般的に使用されている光ファイ
バーの直径は、約１２５μｍである。このため、反射ミ
ラー１０〜１７は、上記光ファイバーケーブルより出射
される光信号を反射するのに使用するため、縦１２５μ
ｍ、横１２５×１．４μｍとする。カンチレバー２〜９
のレバー部分の幅は１００μｍ、厚みは１０μｍ、長さ
１０ｍｍとする。Ｖ字溝３４〜４２は、幅１２５μｍ、
深さ５μｍとする。カンチレバー２〜９の中心軸間距
離、及び、Ｖ字溝３４〜４１の中心軸間距離は、それぞ
れ２５０μｍとする。上記条件を満足するため、シリコ
ン基板２は、厚さ２００μｍのものを使用する。

【００３４】まず、図５の（ａ）に示すように、シリコ
ン基板２の各カンチレバー２〜９の先端部下部に磁性膜
１８〜２４をメッキする。当該メッキの後、図５の
（ｂ）に示すように、シリコン基板２の下部にレジスト
７４を塗布する。次に、図５の（ｃ）に示すように、レ
ジスト塗布後のシリコン基板２の下部にマスクパターン
７５を転写する。図６は、当該転写後のシリコン基板２
の裏面図である。図中、転写したマスクパターン７５を
斜線で示す。

【００３５】図５の（ｄ）に矢印で示すように、転写し
たマスクパターン７５（斜線部）をＩＣＰ，ＤＲＩＥ等
の手法により７５μｍだけエッチング除去する。この
後、図５の（ｅ）に示すように、浮き彫りにされたカン
チレバー２〜９のレバー部分下側を薄くするため、６５
μｍだけエッチング除去する。

【００３６】図５の（ｆ）に示すように、シリコン基板
２の上部から、ＩＣＰやＤＲＩＥ等の手法により各々所
定量のエッチングを行い、カンチレバー２〜９のレバー
部分上側、壁１０’〜１７’、ダミー壁６５〜７２、及
び、Ｖ字溝３４〜４２を形成する。カンチレバー２〜９
のレバー部分上側、並びに、壁１０’〜１７’とダミー
壁６５〜７２との間は、１２５μｍだけエッチングす
る。Ｖ字溝３４〜４２の部分は、まず、ＩＣＰやＤＲＩ
Ｅ等の手法により１２０μｍだけ均一にエッチングした
後に、ウェットエッチングにより深さ５μｍの谷の部分
を形成する。図７は、当該エッチング後のシリコン基板
２の上面図である。図中、Ｖ字溝の谷の部分を点線で記
す。

【００３７】図５の（ｇ）に示すように、更にエッチン
グしてダミー壁６５〜７２を除去する。図５の（ｆ）に
示すように、壁１０’〜１７’に金等を蒸着して反射ミ
ラー１０〜１７を形成してカンチレバー２〜９、及び、
Ｖ字溝３４〜４２の製造処理を完了する。

【００３８】以上に説明するように、光スイッチ１で
は、反射ミラー１０〜１７を先端部に備えるカンチレバ
ー２〜９、及び、各光ファイバーケーブルを固定する溝
３４〜４２をシリコン基板２をエッチング加工すること
により形成する。これにより、各部のサブミクロン単位
での位置調節を可能とし、上記カンチレバー２〜９に相
当する部品、及び、Ｖ字溝４３〜４２を設けた部材をシ
リコン基板上に配設する場合に比べて、各部品の位置ず
れによる光信号の通過損失の少ない高精度な光スイッチ
を製造することができる。また、異なる材料の部品同士
の接続部が無いため、環境温度の変化などによる結合部
の破壊がなく、高い耐久性能を得ることができる。

【００３９】なお、説明の便宜上、実施の形態１に係る
光スイッチ１は、１入力ポート、８出力ポートを備える
が、本発明の光スイッチは、図８に示すように４入力ポ
ート、４出力ポートを備える光スイッチ４００にも適用
できる。以下に説明する実施の形態２乃至６についても
同じである。

【００４０】光スイッチ４００では、シリコン基板４０
１に、先端に光学レンズ４０２〜４０５を備える４本の
光ファイバー４０６〜４０９を平行かつ等間隔に保持す
るＶ字溝４１０〜４１３、上記Ｖ字溝４１０〜４１３に
直交し、先端に光学レンズ４１４〜４１７を備える４本
の光ファイバー４１８〜４２１を平行かつ等間隔に保持
するＶ字溝４２２〜４２５、並びに、各４本の光ファイ
バーの光軸の交点に反射ミラー４２６〜４４１を備える
カンチレバー４４２〜４５７が一体的に形成されてい
る。上記反射ミラー４２６〜４４１の向きは、光ファイ
バー４０６〜４０９から出射した光信号が光ファイバー
ケーブル４１８〜４２１の入射する角度に設定されてい
る。なお、当該反射ミラー４２６〜４４１は、上述した
光スイッチ１の反射ミラー１０〜１７と同様にダミー壁
を利用して均一に形成することが好ましい。また、各カ
ンチレバー４４２〜４５７をスイッチングする機構につ
いては、上述した光スイッチ１のものと同様に電磁石を
用いる機構を採用すれば良い。

【００４１】（３）実施の形態２図９の（ａ）は、実施の形態２にかかる光スイッチ８０
の上面図である。図９の（ｂ）は、カンチレバー８８の
拡大図である。他のカンチレバー８１〜８７も同様の構
成である。光スイッチ８０は、支持端から先端部までの
距離Ｌが短くなるようにレバー部分が折り曲げられたカ
ンチレバー８１〜８７を備えることを特徴とする。例え
ば、図９の（ｂ）に示すように、支持端から延びるレバ
ーを所定長の地点で逆方向に折り返し、更に所定長の地
点で逆方向（元の方向）に折り返す構造を採用する。上
記構成を採用することで、光スイッチ１に比べて小型化
を図ることができる。

【００４２】また、当該構成を採用してカンチレバーの
レバー部分の全長を上記支持端から先端部までの距離Ｌ
よりも長くすることにより、スイッチングに必要な力を
弱くすることができる。これにより、低電力型の小型の
電磁石を採用することが可能になる。

【００４３】なお、カンチレバー８１〜８８以外の構成
については、実施の形態１に記載した光スイッチ１と同
じであり、ここでの重複した説明は省く。また、カンチ
レバー８１〜８８の製造方法についても、使用するマス
クパターンをカンチレバー２〜９の代りに図示するカン
チレバー８１〜８８の形状に変更するだけで、光スイッ
チ１と同様の手法により製造することができるため説明
は省く。

【００４４】（４）実施の形態３図１０の（ａ）は、実施の形態３にかかる光スイッチ１
００の正面図である。図１０の（ｂ）は、（ａ）に示す
σ−σ’線における断面図である。光スイッチ１００
は、カンチレバー１０１、１０２、…、１０７、１０８
の順に支持端から先端までの長さを長くしたことを特徴
とする。スイッチングに必要な磁力は、カンチレバーが
長くなれば小さくなり、カンチレバーが短くなれば大き
くなる。従って光スイッチ１００において、スイッチン
グに必要な磁力は、カンチレバー１０１，１０２、…、
１０７、１０８の順で小さくなる。光スイッチ１００で
は、図１０の（ｂ）に示すように、カンチレバー１０１
〜１０８の先端底面にメッキされている磁性膜１１７〜
１２４の全てに対向する位置に棒状の電磁石１２５を設
ける。制御部１２６は、当該電磁石１２５の磁力を段階
的に調節することで、スイッチングを行う。

【００４５】上記実施の形態１にかかる光スイッチ１の
ように、各反射ミラーに個別に電磁石を設ける場合に
は、隣接する反射ミラーを誤って引き付けることがない
ように間隔をあけて反射ミラー、及び、対応する電磁石
を設けることが必要である。これに対して光スイッチ１
００は、単一の電磁石１２５を使用し、当該電磁石１２
５の磁力を変化させることによりスイッチングを行う。
当該構成を採用することで、隣り合う反射ミラーが同時
に引き付けられることが無くなり、上記反射ミラー同士
の間隔を狭めることができ、光スイッチの小型化を図る
ことができる。

【００４６】なお、実施の形態２にかかる光スイッチ８
０と同様に、カンチレバーのレバー部分を折り曲げて支
持端から先端部にかけての距離Ｌを短くすれば、更に小
型化を図ることができる。また、当該構成を採用してカ
ンチレバーのレバー部分の全長を上記支持端から先端部
にかけての距離Ｌよりも長くすることにより、スイッチ
ングに必要な力を弱くすることができる。これにより、
低電力型の小型の電磁石を採用することが可能になる。

【００４７】なお、カンチレバー１０１〜１０８の長さ
が異なる点以外の構成は、実施の形態１に記載した光ス
イッチ１のカンチレバー２〜９と同じであり、ここでの
重複した説明は省く。また、カンチレバー１０１〜１０
８の製造方法についても、レバーの長さが異なるだけ
で、光スイッチ１と同様の手法により製造することがで
きるため説明は省く。

【００４８】（５）実施の形態４図１１の（ａ）は、実施の形態４にかかる光スイッチ１
５０の正面図である。図１１の（ｂ）は、カンチレバー
１５１の拡大図である。図１１の（ｃ）は、（ｂ）に示
すカンチレバー１５１の拡大図のγ−γ’線における断
面図である。光スイッチ１５０は、カンチレバー１５１
〜１５８のレバー部分に、上部が開放されているコ字状
のファイバー位置決め部１７０〜１７７を設け、当該位
置決め部１７０〜１７７によって光ファイバー１５９〜
１６６を挟持する構成を採用することを特徴とする。当
該構成を採用することで、光スイッチ１の備えるＶ字溝
３４〜４１に相当する溝をシリコン基板上に設ける必要
がなくなる。これにより、光スイッチの小型化を図るこ
とができる。また、光スイッチの小型化に伴い１枚のウ
ェハから作成できる光スイッチの数が多くなり、光スイ
ッチの低価格化を実現することができる。

【００４９】光ファイバーケーブル１５９〜１６６をカ
ンチレバー１５１〜１５８上に載置する構成を採用する
のに伴い、反射ミラー１８０〜１８７の向きは、光ファ
イバーケーブル１６７から出射した光信号が対応する光
ファイバー１５９〜１６６に入射する向きに変更する。
また、ダミー壁１９０は、反射ミラー１８０〜１８６と
同じ間隔で、反射ミラー１８７と平行になるように形成
する。これにより、反射ミラー１８０〜１８７を形成す
る壁を均一にエッチング形成する。

【００５０】ファイバー位置決め部１７０は、マスキン
グパターンを変更して図１１の（ｂ）に示す外形のカン
チレバー１５１〜１５８を形成し、エッチングの段階で
図５の（ｃ）に示す断面形状に加工して形成する。この
他、反射ミラー１８０〜１８７の向きを変えること以
外、光スイッチ１５０の構成は、実施の形態１に記載し
た光スイッチ１と同じであり、同様の手法により製造す
ることができる。

【００５１】（６）実施の形態５図１２の（ａ）は、実施の形態５にかかる光スイッチ２
００の正面図である。図１２の（ｂ）は、カンチレバー
２０１を横から見た図である。光スイッチ２００では、
光スイッチ１５０のカンチレバー１５１〜１５８を更に
延長した形状のカンチレバー２０１〜２０８を備えるこ
とを特徴とする。反射ミラー２１７〜２２４、及び、フ
ァイバー位置決め部２４０の位置は、光スイッチ１５０
の反射ミラー１８０〜１８７、及び、ファイバー位置決
め部１７０〜１７７と同じである。磁性膜２２４〜２３
１は、各カンチレバー２０１〜２０８の先端の下面に設
ける。対応する電磁石（図示せず）は、磁性膜２２４〜
２３１に対向する所定の位置に設ける。

【００５２】当該構成を採用することにより、てこの原
理によってカンチレバーを引き下げるのに必要な磁力を
低減することができる。これにより、小型の電磁石を用
いることが可能となり、低消費電力化を図ることができ
る。

【００５３】なお、光ファイバーケーブル２０９〜２１
６を上部に載置することにより生じるカンチレバー２０
１〜２０８の撓みの程度によっては、磁性膜２２４〜２
３１をカンチレバー２０１〜２０８の上面に設け、電磁
石を用いてカンチレバーを引き上げる構成を採用しても
良い。

【００５４】カンチレバー２０１〜２０８の形状以外、
光スイッチ２００の構成及び製造方法は、上記実施の形
態４の光スイッチ１５０と同じであり説明は省く。

【００５５】（７）実施の形態６図１３は、実施の形態６にかかる光スイッチ２５０の正
面図である。当該光スイッチ２５０は、実施の形態５に
かかる光スイッチ２００のカンチレバー２０１〜２０８
の反射ミラー２１７〜２２３より先のレバーを放射状に
延ばした形状のカンチレバー２５１〜２５８を備えるこ
とを特徴とする。当該構成を採用することにより、スイ
ッチングに用いる電磁石のサイズや、各電磁石間の磁力
の干渉を考慮することなく、上に載置する光ファイバー
２５９〜２６６の直径のみとの関係を考慮してカンチレ
バー２５１〜２５８の間隔を狭めることが可能になる。

【００５６】なお、実施の形態２にかかる光スイッチ８
０のように、カンチレバー２５１〜２５８を折り曲げ
て、支持端から反射ミラーまでの距離をレバーの全長よ
りも短くすることで、光スイッチ２５０のサイズの小型
化を図ることができる。光スイッチ２５０の構成及び製
造方法は、光スイッチ２００と同様であるため説明は省
く。

【００５７】

【発明の効果】本発明の第１の光スイッチは、入力ポー
ト及び出力ポートに接続する光ファイバーケーブル（光
結合用の光学部品を含む）の位置決め部と、反射ミラー
を備えるカンチレバーとを単一のシリコン基板上に設け
ることで、部品点数の大幅な減少を図り、組み立て精度
の向上、耐久性の向上、及び、コストダウンを図ること
ができる。

【００５８】本発明の第２の光スイッチは、カンチレバ
ーに備える反射ミラーを、面前の物理的環境、例えば、
反射ミラーに対向する壁の形状、及び、当該壁までの距
離等の環境を同一にした状態でエッチング形成した壁に
金属又は誘電体を蒸着したものとすることで、均一化を
図ることができ、精度の向上を図ることができる。

【００５９】本発明の第３の光スイッチは、カンチレバ
ーに備える反射ミラーを、面前の物理的環境、例えば、
反射ミラーに対向する壁の形状、及び、当該壁までの距
離等の環境を同一にするダミー壁と共に、エッチング形
成された壁に金属又は誘電体を蒸着したものとすること
で、均一化を図ることができ、精度の向上を図ることが
できる。なお、当該カンチレバーの備える上記ダミー壁
の除去跡から当該反射ミラーがダミー壁を用いて形成さ
れたと推定することができる。

【００６０】本発明の第４の光スイッチは、支持端から
先端までの距離が全長よりも短くなるように折り曲げら
れているカンチレバーを備えることで、同じ全長のカン
チレバーを備える光スイッチに比べて小型化を図ること
ができる。また、上記距離が同じであって、折り曲げら
れていないカンチレバーを備える光スイッチに比べて、
カンチレバーの操作に要する力を低減することができ、
スイッチ部の小型化を図ることができ、例えば、電磁石
を用いる場合には、低消費電力化を図ることができる。

【００６１】本発明の第５の光スイッチは、カンチレバ
ー先端に設ける磁性膜を電磁石により選択的に引き付け
ることにより、スイッチングを行うことができる。

【００６２】本発明の第６の光スイッチは、カンチレバ
ーの長さを順に変え、長さの差により生じる弾性力の差
を利用することで、単一の電磁石によりスイッチングを
行う。各カンチレバーにそれぞれ対応する電磁石を設け
る場合には、隣り合う磁性膜が誤って引き付けられない
ように、間隔をあける必要があるが、第６の光スイッチ
では、電磁石の強度によりスイッチングを行うため、上
記間隔が不要になり、スイッチの一層の小型化を図るこ
とができる。これにより、１枚のウェハから得られる光
スイッチの個数が多くなり、コストダウンを図ることが
できる。

【００６３】本発明の第７の光スイッチは、光ファイバ
ーケーブルの位置決め部を各カンチレバー上に設けるこ
とにより、光スイッチの小型化を図ることができる。こ
れにより、１枚のウェハから得られる光スイッチの個数
が多くなり、コストダウンを図ることができる。

【００６４】本発明の第８の光スイッチは、反射ミラー
を越えて延びるレバー部分を形成することにより、スイ
ッチングに必要な力を低減することができ、スイッチ部
の小型化を図ることができ、例えば、電磁石を用いる場
合には、低消費電力化を図ることができる。

【００６５】本発明の第９の光スイッチは、反射ミラー
を越えて延びるレバー部分を放射状に延ばすことによ
り、スイッチ部のサイズによらず反射ミラーを備えるカ
ンチレバーの間隔を狭めることができ、光スイッチの一
層の小型化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１にかかる光スイッチを示す図で
ある。

【図２】カンチレバーの一部の拡大斜視図である。

【図３】カンチレバーの一部を示す図である。

【図４】カンチレバーの端部に設けるダミー壁を表す
図である。

【図５】カンチレバー及びＶ字溝を備えるシリコン基
板のエッチング工程を表す図である。

【図６】シリコン基板の裏面に転写されるマスキング
を表す図である。

【図７】ＩＣＰ等のエッチング加工段階のシリコン基
板表面を表す図である。

【図８】４×４光スイッチの構成例を示す図である。

【図９】実施の形態２にかかる光スイッチを示す図で
ある。

【図１０】実施の形態３にかかる光スイッチを示す図
である。

【図１１】実施の形態４にかかる光スイッチを示す図
である。

【図１２】実施の形態５にかかる光スイッチを示す図
である。

【図１３】実施の形態６にかかる光スイッチを示す図
である。

【図１４】従来の光スイッチの斜視図である。

【符号の説明】

１，８０，１００，１５０，２００，２５０，３００
光スイッチ、２〜９，８１〜８７，１０１〜１０８，１
５１〜１５８，２０１〜２０８，２５１〜２５８，３０
１〜３０７カンチレバー、４３〜５１，１５９〜１６
６，２０９〜２１６、２５９〜２６６，３０８〜３１５
光ファイバーケーブル、１１〜１７，１０９〜１１６
反射ミラー、５２〜５９レンズ、６５制御部、１７
０ファイバ位置決め部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】１又は複数の第１光ファイバーケーブル
から出射される光信号を、それぞれ選択した１又は複数
の第２光ファイバーケーブルの内の１つに入射する光ス
イッチであって、第１光ファイバーケーブル、第２光ファイバーケーブ
ル、及び、第１光ファイバーケーブルと第２光ファイバ
ーケーブルを光学的に結合する光学系の位置決めを行う
位置決め部、並びに、第１光ファイバーケーブルと第２
光ファイバーケーブルの組み合わせに対応して設けら
れ、第１光ファイバーケーブルより出射された光信号の
進路を対応する第２光ファイバーケーブルに向ける反射
ミラーを有するカンチレバーが一体形成されたシリコン
基板と、上記複数のカンチレバーを操作して選択した反射ミラー
を第１光ファイバーケーブルの光軸上に位置させ、当該
第１光ファイバーケーブルより出射された光信号を第２
光ファイバーケーブルに入射させるスイッチ部とで構成
されることを特長とする光スイッチ。
【請求項２】請求項１に記載の光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバーの反射ミラーは、反
射ミラー直前の物理的な環境を互いに同じにした状態で
エッチング形成した均一な壁に、金属又は誘電体を蒸着
したものであることを特長とする光スイッチ。
【請求項３】請求項２に記載の光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバーの反射ミラーは、反
射ミラー直前の物理的環境を互いに同じにするダミー壁
と共にエッチング形成した均一な壁に、金属又は誘電体
を蒸着したものであり、当該カンチレバーは上記ダミー
壁の除去跡を備えることを特長とする光スイッチ。
【請求項４】請求項１乃至請求項３の何れかに記載の
光スイッチであって、上記シリコン基板の少なくとも１つのカンチレバーは、
支持端から先端までの距離が全長よりも短くなるように
折り曲げられていることを特長とする光スイッチ。
【請求項５】請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバー先端に磁性膜を備
え、上記スイッチ部は、各カンチレバーの磁性膜に対向する
所定の位置に個々に設ける複数の電磁石と、各電磁石の
オン／オフを制御して、選択した反射ミラーを第１光フ
ァイバーケーブルの光軸上に位置させる制御部とで構成
されることを特長とする光スイッチ。
【請求項６】請求項１乃至請求項４の何れかに記載の
光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバーは、第１光ファイバ
ーケーブルの光信号を出射する端から反射ミラーまでの
距離に応じて順に変化する全長を有し、上記シリコン基板の各カンチレバー先端に磁性膜を備
え、上記スイッチ部は、各カンチレバーの磁性膜に対向する
所定の位置に設けた単一の電磁石と、当該電磁石の強度
を調節して、選択した反射ミラーを第１光ファイバーケ
ーブルの光軸上に位置させる制御部とで構成されること
を特長とする光スイッチ。
【請求項７】請求項１乃至請求項６の何れかに記載の
光スイッチであって、上記シリコン基板において、複数の第２光ファイバーケ
ーブルの位置決め部が、各カンチレバー上に設けられて
いることを特長とする光スイッチ。
【請求項８】請求項７に記載の光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバーは、支持端より見て
反射ミラーの位置を越えて延びていることを特長とする
光スイッチ。
【請求項９】請求項８に記載の光スイッチであって、上記シリコン基板の各カンチレバーは、支持端より見て
反射ミラーの位置を越えた位置から放射状に延びている
ことを特長とする光スイッチ。