JP2002023069A

JP2002023069A - 光スイッチ

Info

Publication number: JP2002023069A
Application number: JP2000211717A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Hirata; 嘉裕平田; Tomoki Sano; 知己佐野; Mitsuaki Tamura; 充章田村; Kazuto Saito; 和人斎藤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】光通信網の全光化に十分に対処できる小型で
簡素な光スイッチを提供する。【解決手段】光スイッチ１は、光ファイバＦ₁〜Ｆ₄を
保持した光導波部２を有し、この光導波部２の上方には
ミラー部８が配置されている。このミラー部８は、基板
９の表面に固定された渦巻きばね１０と、この渦巻きば
ね１０の内側端部に固定され、光ファイバＦ₁〜Ｆ₄から
の出射光を反射させるミラー１１とからなっている。こ
のようなミラー部８は、Ｘ線リソグラフィと電鋳を用い
て一体形成されている。ミラー部８の上部には、光スル
ー位置と光遮断位置との間でミラー１１を上下動させる
電磁石１９が設けられている。光導波部２の基板３の裏
面には、ミラー１１の位置保持手段としての永久磁石２
３が固着されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光通信や光計測な
どに用いられる光スイッチに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＴ革命に象徴されるように、通
信技術が世界を大きく変えつつある。その流れの中で情
報量の飛躍的増大が起きており、それを支える情報通信
ネットワーク技術の進歩も著しい。これまでにも光ファ
イバの導入により通信容量が増大してきたが、それだけ
では追いつかなくなり、波長多重伝送、全光化ネットワ
ークなどの技術が世界中で研究開発されている。その中
のキーデバイスの一つが光スイッチである。この光スイ
ッチは、光から電気に変換し、それをスイッチング処理
して電気から光に変換していた従来のものを、光信号自
体のスイッチング処理が行えるようにした素子である。
今後、波長多重化が進むに従って、その処理量は飛躍的
に増大すると考えられるが、その分だけ光スイッチが大
型になる等といった問題が多い。

【０００３】そこで、近年では、マイクロマシン技術を
用いた光スイッチの開発が活発に行われている。例え
ば、Robustness and reliability of Micromachined sc
anningmirrors, Proc.of MOEMS'99, pp.120-125,1999に
は、表面マイクロマシニングによって形成したミラー
を、同時に形成した静電アクチュエータで基板上に立て
て使用するものが記載されている。また、Micromachine
s for Wavelength Multiplexed Telecommunications, P
roc. of MOEMS'99, pp.126-131, 1999には、表面マイク
ロマシン技術で形成したミラーを、基板上で数度チルト
することで光の反射方向を変える方式が記載されてい
る。さらに、Micro-opto-Mechanical 2×2 Switch for
Single-Mode Fibers Based on Plasma-Etched Silicon
Mirror and Electrostatic Actuation, J. of Lightwav
e tech.,Vol.17, No.1, pp.2-6, 1999には、構造体の側
面をミラーとして使用すると共に、このミラーを櫛歯型
静電アクチュエータにより駆動するようにした2×2光ス
イッチが記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】今後、光通信網の全光
化が行われる場合には、多数の光スイッチが必要となる
が、上述したいずれの従来技術も、そのような大規模化
に適した小型の光スイッチとしては十分に満足できるも
のではない。

【０００５】本発明の目的は、光通信網の全光化に十分
に対処できる小型で簡素な光スイッチを提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の光スイッチは、
複数本の光ファイバを保持した光導波部と、光導波路に
対して上下方向に弾性変形自在に設けられた弾性部材
と、弾性部材に固定され、光ファイバからの出射光を遮
断するミラーと、ミラーを吸引または反発させることに
より、光ファイバからの出射光を通す第１位置と光ファ
イバの出射光を遮断する第２位置との間でミラーを上下
動させる駆動手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【０００７】このような光スイッチにおいて、例えばミ
ラーが第１位置にあるときに弾性部材が初期状態となる
場合、ミラーを反発させるように駆動手段を作動する
と、ミラーは、弾性部材を付勢力に抗して弾性変形させ
ながら下降して第２位置に達する。一方、ミラーが第２
位置にあるときに弾性部材が初期状態となる場合には、
ミラーを吸引させるように駆動手段を作動すると、ミラ
ーは、弾性部材を付勢力に抗して弾性変形させながら上
昇して第１位置に達する。このようにミラーを光導波部
に対して上下方向に移動させる構成とした場合は、駆動
手段を弾性部材の上側または下側に設けることができ
る。この場合には、ミラー駆動のための水平方向のスペ
ースを小さくできるので、光スイッチが小型になる。ま
た、ｎ×ｎマトリクススイッチ等の大規模スイッチを構
成した場合には、狭ピッチ化が図れるので、光スイッチ
全体として小型化が可能となる。さらに、弾性部材にミ
ラーを固定し、ミラーを吸引または反発させて上下動さ
せる構成としたので、ミラー駆動のための構造が簡単に
なる。従って、光通信網の全光化に十分に対処すること
が可能となる。

【０００８】好ましくは、ミラーは磁性体からなり、駆
動手段は、電磁力によってミラーを吸引または反発させ
る手段である。これにより、駆動手段を簡単な構成で実
現できる。また、駆動手段が小型な構造であっても、ミ
ラーの移動量を大きくとることができる。

【０００９】また、ミラーは金属からなり、駆動手段
は、静電力によってミラーを吸引または反発させる手段
であってもよい。これにより、駆動手段を簡単な構成で
実現できる。また、小型な構造の駆動手段が比較的容易
に製作できる。

【００１０】また、好ましくは、駆動手段によりミラー
が第１位置または第２位置に達したときに、駆動手段の
作動を停止してもミラーを当該位置に維持する位置保持
手段を更に備える。これにより、駆動手段に電気信号を
供給し続ける必要がなくなるため、電力消費量を削減で
きる。

【００１１】この場合、位置保持手段は、ミラーに対し
て吸引可能な部材で構成されていることが好ましい。こ
れにより、位置保持手段を簡単な構成で実現できる。

【００１２】さらに、好ましくは、ミラーは、Ｘ線リソ
グラフィおよび電鋳を用いることにより弾性部材と一体
形成されている。これにより、ミラー反射面の平坦度が
良くなると共に、Deep-RIEによりミラーを製作する場合
に比べて、ミラー反射面の表面粗さが小さくなるので、
高い反射率を得ることができる。従って、ミラーが第２
位置に達したときに、光ファイバから出射されてミラー
で反射した光を他の光ファイバに入射させる時の光損失
（結合ロス）を低減できる。

【００１３】また、好ましくは、光導波部の基板の上面
部には、ミラーが前記第２位置に達した時にミラーを位
置決めするための凹部または突起部が設けられている。
これにより、ミラーが第２位置に達したときには、光導
波部の光ファイバやレンズ等の光学素子に対してミラー
が高精度に位置決めされるため、光ファイバから出射さ
れてミラーで反射した光を他の光ファイバに入射させる
時の光損失を低減できる。

【００１４】この場合、弾性部材は渦巻きばねであり、
ミラーは、渦巻きばねの内側端部に固定されていること
が好ましい。これにより、光導波部の基板に上記のミラ
ー位置決め用の凹部または突起部が設けられている場
合、ミラーが第１位置から第２位置に移動する際に、渦
巻きばねが弾性変形した時に生じる回転力によって、ミ
ラー反射面の下部が凹部または突起部の側壁面に突き当
たるようになる。従って、ミラーが光ファイバやレンズ
等に対してより精度良く位置決めされる。

【００１５】また、弾性部材は片持ち梁であり、ミラー
は、片持ち梁の先端部に固定されている構成であっても
よい。これにより、光導波部の基板に上記のミラー位置
決め用の凹部または突起部が設けられている場合、ミラ
ーが第１位置から第２位置に移動する際に、片持ち梁の
ばね力によって、ミラー反射面の下部が凹部または突起
部の側壁面に突き当たるようになる。従って、ミラーが
光ファイバやレンズ等に対してより精度良く位置決めさ
れる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光スイッチの
好適ないくつかの実施形態について、２×２光スイッチ
を例にとって、図面を参照しながら説明する。なお、各
実施形態において同一または同等の部材には同じ符号を
付すものとする。

【００１７】図１は、本発明の第１の実施形態による光
スイッチを示す断面図であり、図２はそのＩＩ−ＩＩ線
断面図である。これらの図において、光スイッチ１は、
４本の光ファイバＦ₁〜Ｆ₄が導入される光導波部２を有
している。光導波部２は、シリコン等からなる基板３を
有し、この基板３の両端部には、光ファイバＦ₁，Ｆ₂及
び光ファイバＦ₃，Ｆ₄をそれぞれ保持した１対のファイ
バ保持部４が設けられている。各ファイバ保持部４は、
例えば、平行に延びる２本の断面Ｖ字型のファイバ整列
溝を有し、これらのファイバ整列溝内に光ファイバＦ₁
〜Ｆ₄が収容され固定されている。

【００１８】基板３の上面部における両ファイバ保持部
４間には、光ファイバＦ₁〜Ｆ₄から出射した光をコリメ
ートすると共に光ファイバＦ₁〜Ｆ₄に入射する光を集光
する１対のレンズ５がそれぞれ配置されている。このレ
ンズ５としては、ボールレンズ、円柱レンズ、球面レン
ズ、非球面レンズ等が用いられる。また、基板３の上面
部における両レンズ５間には、ミラー位置決め用の凹部
６が形成されている。この凹部６の両側壁面の上部に
は、テーパ面６ａが形成されている。なお、このように
構成された光導波部２の水平方向寸法は、例えば６ｍｍ
×６ｍｍである。

【００１９】光導波部２の基板３の４つの角部には支持
用突起７が設けられ、これらの支持用突起７にはミラー
部８が支持されている。このミラー部８は、リング状の
基板９と、この基板９の表面（下面）に固定された渦巻
きばね１０と、この渦巻きばね１０の先端部（内側端
部）に固定されたミラー１１とを有している。

【００２０】渦巻きばね１０における基板９との係合部
分よりも内側の領域は、光導波部２に対して上下方向に
弾性変形する様になっており、その領域に含まれる渦巻
きばね１０の先端部にミラー１１が固定されているの
で、ミラー１１は光導波部２に対して上下動可能とな
る。ここで、渦巻きばね１０が図１に示すように初期状
態にあるときは、ミラー１１は基板３の凹部６の真上に
位置し、渦巻きばね１０が図３に示すように下方に弾性
変形すると、ミラー１１が凹部６内に入り込むように構
成されている。

【００２１】ミラー１１が図１に示す位置（第１位置）
にある状態では、各光ファイバＦ₁〜Ｆ₄から出射される
光がスルーされる。具体的には、光ファイバＦ₁，Ｆ₄の
一方から出射された光が他方に入射されると共に、光フ
ァイバＦ₂，Ｆ₃の一方から出射された光が他方に入射さ
れる。一方、ミラー１１が図３に示す位置（第２位置）
にある状態では、各光ファイバＦ₁〜Ｆ₄から出射される
光がミラー１１により遮断される。具体的には、光ファ
イバＦ₁，Ｆ₂の一方から出射された光が他方に向かって
反射すると共に、光ファイバＦ₃，Ｆ₄の一方から出射さ
れた光が他方に向かって反射する。

【００２２】このようなミラー部８の製作工程を図４に
示す。まず、シリコン基板９Ａの表面に渦巻きばね１０
を形成すると共に、シリコン基板９Ａの裏側にシリコン
エッチング用マスク１２を形成する（図４（ａ）参
照）。

【００２３】渦巻きばね１０は、ポリシリコン膜をＣＶ
Ｄあるいはスパッタで成膜し、その後フォトリソグラフ
ィおよびドライエッチングを行うことによって形成す
る。渦巻きばね１０の材料としては、窒化シリコン、酸
化シリコン、タングステン等も使用可能である。また、
金属製の渦巻きばね１０を電鋳で形成することも可能で
ある。例えば、シリコン基板上にチタンをスパッタ成膜
して表面を導電化した後、フォトリソグラフィ及び電鋳
を行って形成する。この場合の材料としては、良好なば
ね特性が得られるようニッケル、ニッケルコバルト、パ
ーマロイ（ニッケル鉄合金）等が選択される。

【００２４】シリコンエッチング用マスク１２は、最後
の工程であるシリコンウェットエッチング（図４（ｇ）
参照）の際に、シリコン基板９Ａの溶かさない部分を覆
っておくためのものである。このシリコンエッチング用
マスク１２は、窒化シリコンをＣＶＤで成膜した後、フ
ォトリソグラフィとドライエッチングで形成する。

【００２５】続いて、渦巻きばね１０の上部にチタンを
スパッタ成膜して導電性膜１３を形成し、その後導電性
膜１３の表面にＸ線用レジストを塗布してレジスト膜１
４を形成する（図４（ｂ）参照）。このレジストとして
は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸メチルの重合体）あるいは
メタクリル酸メチルとメタクリル酸の共重合体を使用す
る。レジスト塗布は、メタクリル酸メチルやメタクリル
酸のモノマーを部分的に重合させたシロップを調整し、
これを基板上に塗布した後、加熱して完全に重合させる
方法で行う。

【００２６】続いて、シンクロトロン放射光（ＳＲ）を
用いたリソグラフィを行う（図４（ｃ）参照）。ＳＲと
しては１〜３オングストロームの波長を主に使用する。
これは軟Ｘ線と呼ばれる領域で、波長が短いので数μｍ
のパターンであっても回折の影響を受けずに露光でき
る。また、透過性が良いので数百μｍの厚さのレジスト
膜１４でも露光可能であり、直進性が良いので基板９Ａ
に対して垂直なレジスト構造体を形成できる。ここで
は、厚さ２００μｍのレジストを塗布し、幅５０μｍ、
長さ１ｍｍのパターンを転写した。また、マスク１５と
しては、２μｍ厚の窒化シリコンを支持膜（メンブレ
ン）１６とし、５μｍ厚のタングステン吸収体１７が形
成されたものを使用した。その後、現像を行うことによ
って、ホール１８が形成される（図４（ｄ）参照）。

【００２７】次に、ホール１８に対し電鋳を行って、ミ
ラー１１Ａを形成する（図４（ｅ）参照）。ここでは、
電磁石（後述）の極性によって反発・吸着させるため、
強磁性材料を電鋳する。この材料としては、ニッケル、
鉄等でも良いが、コバルト・ニッケル・マンガン・リン
のように保持力の強いものを用いるのが好ましい。

【００２８】このようにミラー１１Ａの形成にＸ線リソ
グラフィと電鋳を用いると、基板９Ａに対するミラー面
の垂直度が非常に良く、アスペクト比（縦横比）の高い
ミラーを得ることができる。また、Deep-RIEによりミラ
ーを製作する場合に比べて、表面粗さが小さくなる（例
えば算術平均粗さが30nm以下程度に抑えられる）ので、
反射率が例えば９９％程度のミラーを得ることができ
る。

【００２９】続いて、レジスト膜１４およびチタン膜１
３を除去する（図４（ｆ）参照）。これらの除去は、酸
素とフロンガスを用いたアッシングにより行う。その
後、ミラー１１Ａに対して着磁を施し、永久磁石ミラー
１１を形成する。そして、最後にウェットエッチングに
よってシリコン基板９Ａの中央部を溶解する（図４
（ｇ）参照）。このウェットエッチングには、８０℃に
加熱した水酸化カリウム水溶液を用いる。このようにし
て、渦巻きばね１０と一体形成されたミラー１１が得ら
れる。

【００３０】図１〜図３に戻り、以上のようにして形成
されたミラー部８のミラー１１は、電磁石１９により駆
動される。この電磁石１９は、パーマロイ（ニッケル鉄
合金）など透磁率の高い材料からなる円柱状の磁芯２０
と、この磁芯２０の外側に配置されると共に基板９の裏
面（上面）に固定され、コイル（極細線）２１が巻回さ
れたコイル部２２とからなっている。このような電磁石
１９において、コイル２１に所定方向の電流を流すと、
ミラー１１は磁芯２０に対して反発し、コイル２１に逆
方向の電流を流すと、ミラー１１は磁芯２０に吸引され
る。このようにミラー１１の駆動手段として電磁石１９
を用いると、小型の電磁石１９であっても、ミラー１１
の駆動ストロークを長くすることが可能である。

【００３１】また、光導波部２の基板３の裏面には、ミ
ラー１１の位置保持手段としての永久磁石２３が固着さ
れている。この永久磁石２３は、渦巻きばね１０の付勢
力に打ち勝つような磁力を有している。これにより、ミ
ラー１１が図３に示すように基板３の凹部６内に挿入さ
れた状態で、電磁石１９をＯＦＦにしても、永久磁石２
３によりミラー１１は凹部６内に入り込んだままの状態
となる。従って、この場合には、電磁石１９のコイル２
１を通電し続ける必要がなくなるため、電力消費量の削
減を図ることができる。

【００３２】以上のような光スイッチ１を組み付ける場
合、まずミラー部８を光導波部２に結合する。このと
き、光導波部２の基板３及びミラー部８の基板９の各接
合部分に位置決め用のマークを形成しておき、それらを
支持用突起７を介して合わせ、アセンブリする。これに
より、ミラー部８を光導波部２に対して精度良く位置決
めできる。その後、電磁石１９をミラー部８の裏面（上
面）に接着・固定する。そして、永久磁石２３を光導波
部２の基板３の裏面に貼り付ける。最後に、電磁石１９
と電気回路（図示せず）との間を配線し、これにより光
スイッチ１が完成する。

【００３３】このような光スイッチ１にあっては、ミラ
ー１１を光導波部２に対して上下に移動可能にすると共
に、電磁石１９をミラー部８の上部に配置した構成とし
たので、光スイッチ１の水平方向の寸法を小さくでき
る。従って、このような光スイッチ１を多数用いる大規
模スイッチを構成する場合には、狭ピッチ化が図られる
ため、光スイッチを小型化できる。また、渦巻きばね１
０にミラー１１を固定し、電磁石１９によりミラー１１
を反発・吸引させて上下動させる構成としたので、ミラ
ー駆動のための構造が簡単になる。これにより、今後の
光通信網の全光化に十分に対処できる。

【００３４】以上のように構成した光スイッチ１におい
て、ミラー１１が図１に示す位置にあるときは、光ファ
イバＦ₁，Ｆ₄が光結合すると共に、光ファイバＦ₂，Ｆ₃
が光結合する。これにより、例えば光ファイバＦ₁から
出射した光は、１対のレンズ５を通って光ファイバＦ₄
に入射し、光ファイバＦ₃から出射した光は、１対のレ
ンズ５を通って光ファイバＦ₂に入射する。

【００３５】その状態で、電磁石１９を励磁させると、
ミラー１１は電磁石１９に対して反発するため、ミラー
１１は渦巻きばね１０を弾性変形させた状態で下降し
て、図３に示す位置に達する。

【００３６】このとき、凹部６の開口部にはテーパ面６
ａが形成されているので、ミラー１１は凹部６内にスム
ーズに入り込む。また、ミラー１１が凹部６内に挿入さ
れると、渦巻きばね１０に生じる回転力によってミラー
１１の一側面の下端部が凹部６の側壁面に突き当たる。
このため、ミラー１１が凹部６内に挿入しやすいように
凹部６に十分な幅を設けても、ミラー１１が光ファイバ
Ｆ₁〜Ｆ₄やレンズ５に対して高精度に位置決めされる。
それに加えて、ミラー１１は、上述したように反射面の
平坦度が良く、しかもアスペクト比が高くなるように製
作されるので、光ファイバＦ₁〜Ｆ₄に対するミラー１１
の角度ずれを低減することができる。

【００３７】ミラー１１が図３に示す位置にあるとき
は、ミラー１１での光の反射によって、光ファイバ
Ｆ₁，Ｆ₂が光結合すると共に、光ファイバＦ₃，Ｆ₄が光
結合する。これにより、例えば光ファイバＦ₁から出射
した光は、ミラー１１の一側の反射面で反射して光ファ
イバＦ₂に入射し、光ファイバＦ₃から出射した光は、ミ
ラー１１の他側の反射面で反射して光ファイバＦ₄に入
射する。このとき、光ファイバＦ₁〜Ｆ₄に対するミラー
１１の角度ずれが効果的に抑えられると共に、上述した
ように反射率の高いミラー１１を用いているので、反射
光を光ファイバに入射する時の光損失（結合ロス）を低
減できる。

【００３８】また、この状態では、ミラー１１は永久磁
石２３に吸引されるため、電磁石１９をオフにしても、
ミラー１１は、凹部６内に入ったままの光遮断位置に維
持される。その後、電磁石１９が逆に励磁されると、ミ
ラー１１は、永久磁石２３の磁力よりも高い電磁石１９
の吸引力によって図１に示す光スルー位置に戻る。

【００３９】なお、本実施形態では、光導波部２の基板
３上にミラー位置決め用の凹部６を設けた構成とした
が、この凹部６の代わりに、ミラー位置決め用の突起部
を設けてもよい。

【００４０】図５は、本発明の第２の実施形態による光
スイッチを示す断面図である。同図において、本実施形
態の光スイッチ３１は、ミラー１１の駆動方向を第１の
実施形態と反対にしたものである。

【００４１】この光スイッチ３１の電磁石３２は、第１
の実施形態と同じ磁芯３３を有し、この磁芯３３にミラ
ー１１の位置保持機能を持たせている。従って、光導波
部２の基板３の裏面には、第１の実施形態のような永久
磁石２３を設ける必要がなくなる。これにより、第１の
実施形態に比べて構造が簡単になる。

【００４２】このような光スイッチ３１において、渦巻
きばね１０の初期状態では、ミラー１１は光導波部２の
凹部６に挿入された光遮断位置にある。この状態で、電
磁石３２を励磁すると、ミラー１１は電磁石３２に吸引
される。このため、ミラー１１は、渦巻きばね１０を上
方に弾性変形させながら凹部６から引き出され、図６に
示すように磁芯３３に吸着される。つまり、ミラー１１
は光スルー位置に達することになる。

【００４３】このとき、渦巻きばね１０は、ミラー１１
が磁芯３３に吸着された状態で電磁石３２をＯＦＦして
も、ミラー１１が磁芯３３から離れないようなばね力を
有している。これにより、電磁石３２のコイル２１に給
電することなしに、ミラー１１を光スルー位置に維持し
ておくことができる。電磁石３２を逆に励磁すると、電
磁石３２の反発力と渦巻きばね１０のばね力との合力を
受けてミラー１１は磁芯３３から離れ、図５に示す光遮
断位置に戻る。

【００４４】図７は、本発明の第３の実施形態による光
スイッチを示す断面図である。同図において、本実施形
態の光スイッチ４１は、第１の実施形態における電磁石
１９とは構造の異なる電磁石を設けたものである。

【００４５】この光スイッチ４１の電磁石４２は、渦巻
きばね１０に固定されたコイル部４３を有している。こ
のコイル部４３は、第１の実施形態のように後からミラ
ー部８に装着するものではなく、リソグラフィやエッチ
ング等で製作されたものである。この場合には、電磁石
４２の配線はコイル部４３の製作と同時に行えるので、
手間が省ける。このような構成は、素子数が少ないとき
は特に問題にならないが、1000×1000チャンネル等、光
スイッチが大規模化してきたときに有効である。

【００４６】図８は、本発明の第４の実施形態による光
スイッチを示す断面図である。同図において、本実施形
態の光スイッチ４６は、第３の実施形態における電磁石
４２を改良したものである。

【００４７】この光スイッチ４６の電磁石４７は、上述
したコイル部４３に加えて、基板９の裏面に固定された
パーマロイ等からなる磁芯４８を有している。これによ
り、電磁石４７の磁力が増加するため、ミラー１１の駆
動力を増大させることができる。

【００４８】図９は、本発明の第５の実施形態による光
スイッチを示す断面図である。同図において、本実施形
態の光スイッチ５１は、ミラー１１の駆動方向を第３の
実施形態と反対にしたものである。

【００４９】この光スイッチ５１の電磁石５３は、上述
したコイル部４３と、基板９の裏面に固定されたパーマ
ロイ等からなるミラー位置保持用の磁芯５２とからなっ
ている。従って、光導波部２の基板３の裏面には、第３
の実施形態における永久磁石２３は設けなくてもよい。

【００５０】図１０は、本発明の第６の実施形態による
光スイッチを示す断面図である。同図において、本実施
形態の光スイッチ６１は、第１の実施形態における電磁
石１９の代わりに、静電力を利用してミラー１１を駆動
するものである。

【００５１】光スイッチ６１は静電力発生部材６２を有
し、この静電力発生部材６２は、ミラー部８の基板９の
裏面に固定された基板６３と、この基板６３の下面に固
定された電極６４とを有している。

【００５２】このような光スイッチ６１において、電極
６４に電圧をかけることで電極６４と渦巻きばね１０と
の間に静電力を発生させると、その反発力によってミラ
ー１１が渦巻きばね１０を弾性変形させた状態で下降
し、光導波部２の凹部６内に挿入される。このとき、ミ
ラー１１は永久磁石２３に吸引されるため、電極６４へ
の通電を解除しても、ミラー１１は凹部６内に入ったま
まの状態に維持される。その後、電極６４に逆電圧をか
けると、その吸引力によってミラー１１が図１０に示す
位置に戻る。このようにミラー１１の駆動手段として静
電力発生部材６２を用いると、駆動手段の小型化が容易
に行える。

【００５３】図１１は、本発明の第７の実施形態による
光スイッチを示す断面図である。同図において、本実施
形態の光スイッチ６６は、ミラー１１の駆動方向を第６
の実施形態と反対にしたものである。

【００５４】光スイッチ６６の静電力発生部材６７は、
基板６３の下面に固定された電極６８を有している。こ
の電極６８はパーマロイ等で形成されており、ミラー位
置保持機能を兼ね備えている。従って、光導波部２の基
板３の裏面には、第６の実施形態における永久磁石２３
は設けなくてもよい。このような光スイッチ６６におい
て、電極６８と渦巻きばね１０の間に静電力を発生させ
ると、その吸引力によってミラー１１が光導波部３の凹
部６から抜け出て、電極６８に吸着される。

【００５５】図１２は、本発明の第８の実施形態による
光スイッチを示す断面図である。同図において、本実施
形態の光スイッチ７１は、第２の実施形態における渦巻
きばね１０の代わりに片持ち梁を用いたものである。

【００５６】光スイッチ７１は光導波部７２を有し、こ
の光導波部７２の基板７３の上面部には、ミラー位置決
め用の突起部７４が形成されている。光導波部７２のそ
の他の構成は、上述した光導波部２と同様である。この
ような光導波部７２には、支持用突起７を介してミラー
部７５が支持されている。このミラー部７５は、基板９
と片持ち梁７６とミラー１１とからなり、片持ち梁７６
の基端側が基板９の表面に固定され、片持ち梁７６の先
端部にミラー１１が固定されている。片持ち梁７６は、
基板９と係合する部分よりも先端側が上下方向に弾性変
形するようになっており、これによりミラー１１が光導
波部７２に対して上下動可能となる。なお、ミラー部７
５も、上述した渦巻きばね１０と同様に、Ｘ線リソグラ
フィと電鋳を用いて一体形成される。

【００５７】ここで、片持ち梁７６の初期状態では、ミ
ラー１１は図１２に示すように光遮断位置にある。この
とき、ミラー１１の先端部（下端部）が突起部７４の側
壁に当接しているため、ミラー１１はレンズ５等に対し
て精度良く配置されている。

【００５８】この状態で、電磁石３２がＯＮされると、
ミラー１１が電磁石３２に吸引されることで、片持ち梁
７６は図１３に示すように上方にたわみ、ミラー１１は
光スルー位置に達する。そして、この状態で電磁石３２
がＯＦＦされても、ミラー１１は磁芯３３に吸引された
ままとなるので、ミラー１１は光スルー位置に維持され
る。電磁石３２が逆にＯＮされると、ミラー１１は電磁
石３２から反発して下降し、図１２に示す光遮断位置に
戻る。このとき、片持ち梁７６のばね力によって、ミラ
ー１１の下端部が突起部７４の側壁面に突き当たる。こ
のため、ミラー１１が突起部７４とこすれることはない
ので、レンズ５等の光学部品との相対位置の精度劣化が
起きにくい。また、粉塵を発生させて光のロスを生じる
可能性も少ない。

【００５９】なお、本実施形態では、光導波部７２の基
板７３上にミラー位置決め用の突起部７４を設けた構成
としたが、この突起部７４の代わりに、ミラー位置決め
用の凹部を設けてもよい。この場合、凹部は、ミラー１
１が上下動するのに十分な幅を有している必要がある。

【００６０】図１４は、本発明の第９の実施形態による
光スイッチを示す断面図である。同図において、本実施
形態の光スイッチ８１は、第８の実施形態において電磁
石１９の代わりに、静電力発生部材を設けたものであ
る。

【００６１】この光スイッチ８１の静電力発生部材８２
は、ミラー部７５の基板９の裏面に固定された基板８３
と、この基板８３の下面に固定された電極８４とを有
し、この電極８４にミラー１１の位置保持機能を持たせ
ている。その他の構成は第８の実施形態と同様である。

【００６２】なお、本発明に係る光スイッチは、上記実
施形態には限定されない。例えば、上記実施形態の光ス
イッチでは、光導波部に支持された弾性部材として、渦
巻きばね１０や片持ち梁７６を用いる構成としたが、こ
れ以外にも板バネ等を採用することもできる。

【００６３】また、上記実施形態の光スイッチは２×２
スイッチであるが、特にこれに限られず、本発明は、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦスイッチ、１×２スイッチや、ｎ×ｎマトリ
クススイッチの光スイッチ等にも適用可能である。

【００６４】さらに、上記実施形態の光スイッチは、光
アッテネータとして機能させることも可能である。すな
わち、電磁力や静電力を制御してミラーの駆動ストロー
クを調整することにより、光の透過量を変化させること
ができる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、光導波路に対して上下
方向に弾性変形自在に設けられた弾性部材に、光ファイ
バからの出射光を遮断するミラーを固定し、ミラーを吸
引または反発させることにより上下動させる構成とした
ので、小型で簡素なＯＮ／ＯＦＦスイッチ、１×２スイ
ッチ、ｎ×ｎマトリクススイッチ等を得ることができ
る。これにより、光通信網の全光化に十分に対処するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による光スイッチを示
す断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】図１に示すミラーが動作した状態を示す断面図
である。

【図４】図１に示すミラー部の製作工程を示す図である

【図５】本発明の第２の実施形態による光スイッチを示
す断面図である。

【図６】図１に示すミラーが動作した状態を示す断面図
である。

【図７】本発明の第３の実施形態による光スイッチを示
す断面図である。

【図８】本発明の第４の実施形態による光スイッチを示
す断面図である。

【図９】本発明の第５の実施形態による光スイッチを示
す断面図である。

【図１０】本発明の第６の実施形態による光スイッチを
示す断面図である。

【図１１】本発明の第７の実施形態による光スイッチを
示す断面図である。

【図１２】本発明の第８の実施形態による光スイッチを
示す断面図である。

【図１３】図１２に示すミラーが動作した状態を示す断
面図である。

【図１４】本発明の第９の実施形態による光スイッチを
示す断面図である。

【符号の説明】

１…光スイッチ、２…光導波部、３…基板、６…ミラー
位置決め用の凹部、１０…渦巻きばね（弾性部材）、１
１…ミラー、１９…電磁石（駆動手段）、２３…永久磁
石（位置保持手段）、３１…光スイッチ、３２…電磁石
（駆動手段）、３３…磁芯（位置保持手段）、４１…光
スイッチ、４２…電磁石（駆動手段）、４６…光スイッ
チ、４７…電磁石（駆動手段）、５１…光スイッチ、５
２…磁芯（位置保持手段）、５３…電磁石（駆動手
段）、６１…光スイッチ、６２…静電力発生部材（駆動
手段）、６６…光スイッチ、６７…静電力発生部材（駆
動手段）、６８…電極（位置保持手段）、７１…光スイ
ッチ、７２…光導波部、７３…基板、７４…ミラー位置
決め用の突起部、７６…片持ち梁（弾性部材）、８１…
光スイッチ、８２…静電力発生部材（駆動手段）、８３
…電極（位置保持手段）、Ｆ₁〜Ｆ₄…光ファイバ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田村充章神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内 (72)発明者斎藤和人神奈川県横浜市栄区田谷町１番地住友電気工業株式会社横浜製作所内Ｆターム(参考） 2H041 AA11 AA15 AB13 AC05 AC06 AZ01 AZ08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数本の光ファイバを保持した光導波部
と、前記光導波路に対して上下方向に弾性変形自在に設けら
れた弾性部材と、前記弾性部材に固定され、前記光ファイバからの出射光
を遮断するミラーと、前記ミラーを吸引または反発させることにより、前記光
ファイバからの出射光を通す第１位置と前記光ファイバ
の出射光を遮断する第２位置との間で前記ミラーを上下
動させる駆動手段とを備えたことを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項２】前記ミラーは磁性体からなり、前記駆動
手段は、電磁力によって前記ミラーを吸引または反発さ
せる手段であることを特徴とする請求項１記載の光スイ
ッチ。
【請求項３】前記ミラーは金属からなり、前記駆動手
段は、静電力によって前記ミラーを吸引または反発させ
る手段であることを特徴とする請求項１記載の光スイッ
チ。
【請求項４】前記駆動手段により前記ミラーが前記第
１位置または前記第２位置に達したときに、前記駆動手
段の作動を停止しても前記ミラーを当該位置に維持する
位置保持手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜
３のいずれか一項記載の光スイッチ。
【請求項５】前記位置保持手段は、前記ミラーに対し
て吸引可能な部材で構成されていることを特徴とする請
求項４記載の光スイッチ。
【請求項６】前記ミラーは、Ｘ線リソグラフィおよび
電鋳を用いることにより前記弾性部材と一体形成されて
いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項記載
の光スイッチ。
【請求項７】前記光導波部の基板の上面部には、前記
ミラーが前記第２位置に達した時に前記ミラーを位置決
めするための凹部または突起部が設けられていることを
特徴とする請求項１〜６のいずれか一項記載の光スイッ
チ。
【請求項８】前記弾性部材は渦巻きばねであり、前記
ミラーは、前記渦巻きばねの内側端部に固定されている
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光
スイッチ。
【請求項９】前記弾性部材は片持ち梁であり、前記ミ
ラーは、前記片持ち梁の先端部に固定されていることを
特徴とする請求項１〜７のいずれか一項記載の光スイッ
チ。