JP3457218B2 - 光スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバの分岐
点に設けられる光スイッチに関する。本発明は、光通
信、光計測、その他光信号を光ファイバに伝搬させる装
置に光路の切換スイッチとして利用する。本発明は、マ
イクロマシン技術の光スイッチへの応用に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ファイバの先端を可動部材に取付け
て、光ファイバ先端の位置を磁力により機械的に変位さ
せる構造の光ファイバスイッチが広く知られている。こ
の構造はスイッチでの信号減衰が小さく、また安定な動
作が期待できる。さらに、この構造は電磁リレーの考え
方を踏襲するものであり、信頼性が高く安定であり、均
一な性能の製品を量産することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造のも
のはスイッチ素子として小型化に限界がある。すなわ
ち、多くの電子部品がきわめて小型に製造できるように
なっているところ、光スイッチはその形状体積がなお大
きい。

【０００４】本発明はこのような背景に行われたもので
あって、機械的に光ファイバを変位させて光路を切換え
る形式の光スイッチをさらに小型化することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバの
分岐点に設けられる光スイッチをさらに小型に構成する
構造およびその製造方法を特徴とする。

【０００６】すなわち、本発明の第一の特徴は、光スイ
ッチ本体の第一の構造についてであって、一個の枠体
と、その枠体の内側に設けられた二本の平行な梁と、そ
の梁のほぼ中央部に互いに対向するように配置された一
対の駒とを備え、この一対の駒の対向面に前記梁に平行
にＶ溝が形成され、このＶ溝の中にそれぞれその端部が
接する一対の光ファイバと、この一対の光ファイバの前
記端部に対向するようにその端部が配置された一本の光
ファイバとを備えたことを特徴とする。

【０００７】前記枠体および前記二本の梁は一枚のシリ
コン・ウエーハから切出された連続体であり、前記枠体
は長方形状であり、前記梁はその長方形の長辺に平行に
形成され、前記駒は前記梁と一体構造であり、その駒の
背面に前記枠体との間の可動範囲を規制するストッパ機
構が設けられることが望ましい。

【０００８】さらには、前記駒には磁性部材が組込ま
れ、前記枠体の外にこの磁性部材に磁力を与えて前記梁
の反りを変位させる磁石を設けられ、前記枠体の長辺の
長さは５〜２５ｍｍに形成され、前記枠体がマッチング
・オイルが充填された密閉容器に実装されることが望ま
しい。

【０００９】一個の枠体の内側に二本の平行な梁を設
け、この梁のほぼ中央部に一対の駒を互に対向するよう
に配置する。この一対の駒の対向面に梁に平行なＶ溝を
形成し、このＶ溝の中に一対の光ファイバの端部を配置
し、この光ファイバの端部に対向するように別の一本の
光ファイバの端部を枠体に取付ける。

【００１０】このような構造に構成することにより、駒
が配置された一対の梁の中央部に変位が与えられたとき
に、一対の光ファイバの一つの端部が対向して配置され
た一本の光ファイバの端部に一致し光路が形成される。
逆方向に変位が与えられたときは、一対の光ファイバの
うちの別の光ファイバの端部が対向して配置された光フ
ァイバの端部に一致し別の光路が形成される。この動作
を行わせることにより、機械的に光ファイバの光路の切
換え接続を行うことができる。

【００１１】枠体、梁および駒は一枚のシリコン・ウエ
ーハを素材として一体的に形成する。これにより、梁へ
の駒の取付け、および枠体への梁の取付け作業が不要と
なり、組立作業により製造することが困難なきわめて小
型の光スイッチの本体を形成することができる。

【００１２】この光スイッチ本体を一体的に形成する素
材には長方形状の素材を用いその長辺に平行に二本の梁
を形成する。これにより、二本の梁に適切な弾性をもた
せることができ、中央部の駒のＶ溝内に接した状態で配
置された一対の光ファイバの端部の切換えをその弾性を
利用して継続的に行うことができる。

【００１３】駒の背面の枠体との間にストッパ機構を設
けた構造にすることも可能であり、この構造の場合には
駒に変位が与えられたときに、梁が必要以上に撓むこと
を抑えることができ、過度の変形による疲労にともなっ
て生じる劣化が早期に発生することを防止することがで
きる。

【００１４】駒には磁性部材を組込み、枠体の外側に磁
石を設け、この磁石の磁力によって梁を反らせ変位を与
える。磁力を利用することにより、梁に変位を与える電
気的なあるいは機械的な手段を備える必要がなくなりよ
り小型化することができる。

【００１５】この構造によれば枠体の長辺の長さを５〜
２５ｍｍにすることができ、きわめて小型の光スイッチ
を構成することができる。切換えられた光路は、対向す
る光ファイバに直接侵入するから、スイッチ部で生じる
損失が小さい光スイッチを提供することができる。

【００１６】枠体内にはマッチング・オイルを充填しそ
れを密閉容器に実装する。これにより切換え動作の際に
マッチング・オイルの抵抗によって光ファイバが安定し
た状態で移動し、切換え時に光ファイバの先端に発生す
る振動を抑止することができる。

【００１７】本発明の第二の特徴は、光スイッチ本体の
第二の構造についてであって、一個の枠体と、その枠体
の内側に設けられた二本の平行な梁と、その梁のほぼ中
央部に設けられその梁を相互に連結する連結部と、前記
枠体の一辺および前記連結部に支持されその端部が前記
枠体の他辺に達するように前記梁に平行に配置された一
本の光ファイバとを備え、前記枠体の他辺には前記光フ
ァイバの端部が接する位置に前記梁に平行に開部が対向
するように一対のＶ溝が形成され、この一対のＶ溝の中
にそれぞれその端部が接し前記光ファイバとその変位に
応じて対向するように一対の光ファイバが配置されたこ
とを特徴とする。

【００１８】前記枠体および前記二本の梁は一枚のシリ
コン・ウエーハから切出された連続体であり、前記枠体
は長方形状であり、前記梁はその長方形の長辺に平行に
形成されることが望ましい。

【００１９】一個の枠体の内側に二本の平行な梁を設
け、この梁のほぼ中央部を連結部で結合する。枠体の一
辺および連結部には固定溝を形成して一本の光ファイバ
を梁に平行に配置し固定する。さらに、枠体の他辺に梁
に平行に対向する開部を設け、この開部に一対のＶ溝を
形成する。この一対のＶ溝の連結部側の間に枠体の一辺
に配置し固定した一本の光ファイバの端部を可動の状態
で配置するとともに、この一本の光ファイバの端部の変
位に応じて対向するように一対のＶ溝の中に一対の光フ
ァイバの端部を配置し固定する。

【００２０】これにより、連結部が左右に移動したとき
に、一本の光ファイバの端部がＶ溝内で一対の光ファイ
バのいずれかの端部に対向し光路の切替えを行うことが
できる。

【００２１】なお、連結部には磁性部材を組込み、枠体
の外側に磁石を設け、この磁石の磁力によって梁を反ら
せ変位を与える。磁力を利用することにより、梁に変位
を与える電気的なあるいは機械的な手段を備える必要が
なくなりより小型化することができる。

【００２２】この構造によれば枠体の長辺の長さを５〜
２５ｍｍにすることができ、きわめて小型の光スイッチ
を構成することができる。切換えられた光路は、対向す
る光ファイバに直接侵入するから、スイッチ部で生じる
損失が小さい光スイッチを提供することができる。

【００２３】枠体内にはマッチング・オイルを充填しそ
れを密閉容器に実装する。これにより切換え動作の際に
マッチング・オイルの抵抗によって光ファイバが安定し
た状態で移動し、切換え時に光ファイバの先端に発生す
る振動を抑止することができる。

【００２４】本発明の第三の特徴は、光スイッチ本体の
製造方法についてであって、一枚のシリコン・ウエーハ
にその表面から反応性イオン・エッチング（Reactive I
on Etching，ＲＩＥ）を施すことにより貫通孔を開口し
その側面に結晶異方性エッチングを施して開口が対向す
るＶ溝を形成し、その後反応性イオン・エッチング（Re
active Ion Etching，ＲＩＥ）を施すことにより、一個
の枠体とその内側にその枠体と連続的に形成された二本
の平行な梁と、この梁の中央部に形成され前記Ｖ溝が形
成された駒とを備えた部品を一体的に切出し、前記部品
の下面を駆動部構造の近傍にくぼみを設けたベースで接
合し、そのＶ溝の中にそれぞれその端部が接することが
できるように光ファイバを挿入し、さらにその部品の上
面を駆動部構造の近傍にくぼみを設けたカバーに接合す
ることを特徴とする。

【００２５】本発明による製造方法は、複数の構成部材
を個別に形成して組立てるのではなく、一つの素材に反
応性イオン・エッチング加工を施し、枠体と他の構成部
材とを一体的に形成することを特徴とするものである。

【００２６】すなわち、一対の駒が形成された部分にＶ
溝加工を施すとともに一対の光ファイバおよびこの一対
の光ファイバに対向して配置する一本の光ファイバを挿
入する固定溝を形成する。そして一個の枠体の内側に設
けられる二本の平行な梁と、この梁のほぼ中央部に互に
対向するように配置される一対の駒とを同一素材で一体
的に形成する。次いで、駆動する一対の駒の位置に対応
してくぼみが設けられたベースをその下面に接合する。

【００２７】この状態で、一対の光ファイバをそれぞれ
の端部がＶ溝に接した状態で配置されるように固定溝に
挿入し固定するとともに、この一対の光ファイバに対向
する一本の光ファイバを固定溝に挿入固定し、その上面
に駆動する一対の駒の位置に対応してくぼみが設けられ
たカバーを接合する。

【００２８】これにより、光ファイバの端部をＶ溝内に
接した状態で配置する駒の梁への取付け作業、および梁
の枠体への取付け作業が不要となり、これら構成部材の
取付け作業を要するために限界となっていた小型化をさ
らに進めることができる。また、製造の工程数を少なく
し製造コストを低減することができる。さらに、手作業
による工程が少なくなることにともなって製品品質を安
定させ、信頼性の高い製品を量産することができる。

【００２９】なお、本発明の第二の特徴の構造の光スイ
ッチを製造する場合は、まず、Ｖ溝が形成されるシリコ
ン・ウエーハの端部に反応性イオン・エッチングを施す
ことにより開口孔を開口し、その開口孔の側面に結晶異
方性エッチングでＶ溝を形成しておき、第三の発明の特
徴の製造方法と同じように、反応性イオン・エッチング
を施すことにより、一個の枠帯とその内側にその枠帯と
連続的に形成された二本の並行な梁と、この梁を連結す
る連結部とを備えた部品を一体的に切出し、前記部品の
下面を駆動部構造の近傍にくぼみを設けたベースで接合
し、前記Ｖ溝の中に一対の光ファイバを挿入して固定
し、連結部に可動の一本の光ファイバを挿入して固定
し、さらにその部品の上面を駆動部構造の近傍にくぼみ
を設けたカバーを接合する。

【００３０】

【発明の実施の形態】

【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００３１】（第一実施例）図１は本発明第一実施例の
要部の構成を示す拡大断面図、図２は本発明第一実施例
の光ファイバの配置を示す図１におけるＡ矢視方向拡大
断面図である。

【００３２】本発明第一実施例は、一個の枠体１と、そ
の枠体１の内側に設けられた二本の平行な梁２ａおよび
２ｂと、その梁２ａおよび２ｂのほぼ中央部に互いに対
向するように配置された一対の駒３ａおよび３ｂとが備
えられ、この一対の駒３ａおよび３ｂの対向面に梁２ａ
および２ｂに平行にＶ溝４ａおよび４ｂが形成され、こ
のＶ溝４ａおよび４ｂの中にそれぞれその端部が接した
状態で配置された一対の光ファイバ５ａおよび５ｂと、
この一対の光ファイバ５ａおよび５ｂの端部に対向する
ようにその端部が配置された一本の光ファイバ５ｃとが
備えられる。枠体１および二本の梁２ａおよび２ｂは一
枚のシリコン・ウエーハから切出された連続体であり、
枠体１は長方形状であり、梁２ａおよび２ｂはその長方
形の長辺に平行に形成される。

【００３３】駒３ａおよび３ｂには磁性部材６が組込ま
れ、枠体１の外にこの磁性部材６に磁力を与えて梁２ａ
および２ｂの反りを変位させる電磁石７が設けられる。
電磁石７は電源端子８に供給する電源の極性を反転させ
ることによって梁２ａおよび２ｂの変位方向を切換え
る。

【００３４】本発明による光スイッチは、枠体１の長辺
の長さが５〜２５ｍｍのきわめて小さい構造にすること
が可能である。この枠体１の内部には、駒３ａおよび３
ｂの移動を安定させるためのマッチング・オイル９が充
填され密閉容器１０に実装される。

【００３５】次に、このように構成された本発明第一実
施例の動作について説明する。

【００３６】電源端子８に電源が供給されると、電磁石
７に磁力が発生し駒３ａおよび３ｂに組込まれた磁性部
材６を一方に引き寄せる。図３（ａ）は左方向に引き寄
せられたときの光ファイバの軸芯方向からみた正面図、
図３（ｂ）はそのＡ矢視方向の平面図である。この図３
（ａ）および（ｂ）に示すように光ファイバ５ａおよび
５ｂが左方向に引き寄せられたときは、駒３ａおよび３
ｂは二点鎖線で示す位置から実線で示す位置に移動す
る。

【００３７】この移動にともなって駒３ａおよび駒３ｂ
に接して配置された光ファイバ５ａおよび５ｂの端面は
移動して、光ファイバ５ｂは光ファイバ５ｃから離れ、
光ファイバ５ａの端部が光ファイバ５ｃの端部に一致す
る。これにより光ファイバ５ｃは光ファイバ５ａ側の光
路に接続される。このとき、光ファイバ５ｃの端部は、
図３（ｂ）に示すように、駒３ａに形成されたＶ溝４ａ
内に収容され安定した状態が維持される。

【００３８】電源供給が停止されると梁２ａおよび２ｂ
の弾力によって光ファイバ５ａおよび５ｂは図２に示す
中間位置に戻される。

【００３９】電源端子８に供給する電源の極性が反転さ
れると、電磁石７により磁性部材６が逆の方向に引き寄
せられる。図４（ａ）は右方向に引き寄せられたときの
光ファイバの軸芯方向からみた正面図、図４（ｂ）はそ
のＣ矢視方向の平面図である。この図４（ａ）および
（ｂ）に示すように右方向に引き寄せられたときには、
駒３ａおよび３ｂは二点鎖線で示す位置から実線で示す
位置に移動する。

【００４０】この移動にともなって駒３ａおよび３ｂに
接して配置された光ファイバ５ａおよび５ｂの端面も右
方向に移動し、光ファイバ５ａは光ファイバ５ｃから離
れ、光ファイバ５ｂの端面は光ファイバ５ｃの端面に一
致する。これにより光ファイバ５ｃは光ファイバ５ａ側
の光路に接続される。このときも、光ファイバ５ｃの端
部は図４（ｂ）に示すように駒３ｂに形成されたＶ溝４
ｂ内に収容される。これにより切換え後の光ファイバ５
ｂと５ｃとは安定した状態を維持することができる。

【００４１】電源端子８ａへの電源供給が遮断される
と、梁２ａおよび２ｂの弾力によって光ファイバ５ａお
よび５ｂは図２に示す中間位置に戻される。

【００４２】枠体１内にはマッチング・オイル９が充填
されているので、切換えにより移動した駒３ａおよび３
ｂに発生する振動はマッチング・オイル９の抵抗により
抑えられる。

【００４３】ここで、本発明第一実施例に用いる光スイ
ッチ本体の製造方法について説明する。図５（ａ）、
（ｂ）および（ｃ）は本発明第一実施例に用いられる枠
体の製造工程を説明する図、図６（ａ）〜（ｆ）は本発
明第一実施例に用いられる光スイッチ本体の製造工程を
説明する図である。この図６（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）は図５（ａ）、（ｂ）および（ｃ）に示す枠体の
Ｄ矢視方向、Ｅ矢視方向およびＦ矢視方向の断面を示し
たものであり、図６（ｄ）、（ｅ）および（ｆ）は光ス
イッチ本体の同方向からみた断面を示したものである。

【００４４】まず、長辺Ｌの長さが１８ｍｍの被加工素
材（シリコン・ウエーハ）２０を準備し、図１および図
２に示す駒３ａおよび３ｂが対向する部分を反応性イオ
ン・エッチング（Reactive Ion Etching :ＲＩＥ）加工
により図５（ａ）および図６（ａ）に示すＶ溝加工を施
すための貫通孔２１を形成するとともに、枠体１に光フ
ァイバ５ａおよび５ｂを固定する固定溝１ａと、光ファ
イバ５ｃを固定する固定溝１ｂとを形成する。固定溝１
ａの幅は光ファイバ５ａおよび５ｂが所定の間隔をもっ
て収容される寸法に設定し、固定溝１ｂの幅は光ファイ
バ５ｃが収容される寸法に設定する。このエッチング加
工は固定溝１ａおよび１ｂが所定の深さに達するまで貫
通孔２１の加工と同時に行い、その後は固定溝１ａおよ
び１ｂにレジストを塗布して溝部のエッチングの進行を
停止し貫通孔２１を加工する。

【００４５】次いで、図５（ｂ）および図６（ｂ）に示
すように、貫通孔２１の内面に、水酸化テトラメチルア
ンモニウム（ＴＭＡＨ）による結晶異方性エッチング加
工を施し、貫通孔２１の内側全面にＶ溝４を形成する。

【００４６】図７はこのＴＭＡＨにより行う結晶異方性
エッチング装置の要部の構成を示す図である。この装置
は、ＴＭＡＨ水溶液３０によりエッチング処理を行う処
理容器３１と、被加工素材（シリコン・ウェーハ）２０
をＴＭＡＨ水溶液３０内に支持する固定治具３２と、冷
却水を循環させる冷却管３３と、処理容器３１を加熱す
るヒータ３４と、ＴＭＡＨ水溶液３０を攪拌する攪拌子
３５と、ＴＭＡＨ水溶液３０の温度を計測する温度計３
６とにより構成される。

【００４７】この結晶異方性エッチング加工によりＶ溝
４が形成された被加工素材２０に反応性イオン・エッチ
ング（ＲＩＥ）加工を施し、図５（ｃ）および図６
（ｃ）に示すように、貫通部２２ａ、２２ｂおよび２３
を形成する。貫通部２３を形成するときに図５（ｃ）に
示すように左右のＶ溝４は取除く。これにより、梁２ａ
および２ｂ、駒３ａおよび３ｂ、Ｖ溝４ａおよび４ｂを
含む枠体１が一つの被加工素材２０から一体に形成され
る。

【００４８】次いで、図６（ｄ）に示すように、この枠
体１の下面に駒３ａおよび３ｂの位置に対応してくぼみ
２５ａが設けられたガラス製のベース２５を接合する。
この状態で、図６（ｅ）に示すように、一対の光ファイ
バ５ａおよび５ｂをそれぞれその端部がＶ溝４ａおよび
４ｂに接する状態で配置されるように固定溝１ａ内に挿
入し、図８（ａ）に示すようにマイクロピペット２７を
用いて接着剤を注入し固定する。同様にして図８（ｂ）
に示すように光ファイバ５ｃを固定溝１ｂに固定する。
このように光ファイバ５ａ、５ｂおよび５ｃが固定され
た状態で、図６（ｆ）に示すように、その上面に駒３ａ
および３ｂに対応する位置にくぼみ２６ａが設けられた
ガラス製のカバー２６を接合する。

【００４９】後加工として、駒３ａおよび３ｂに磁性部
材６を固定し、その外側に電磁石７を配置する。なお、
磁性部材６は、エッチング加工の際に駒３ａおよび３ｂ
に取付け孔を同時加工しておき、この取付け孔に圧入す
ることによって固定する。

【００５０】図９（ａ）は本発明第一実施例における梁
のたわみ量を算出するための荷重の位置を示す図、
（ｂ）は梁の形状を示す図である。

【００５１】梁の最大たわみ量ｙ_max と、この最大たわ
み量を得るための荷重Ｐとの関係は、 Ｉ：梁の断面二次モーメント（ｂｈ³ ／１２） Ｅ：ヤング率 とすれば、 ｙ_max ＝２Ｐｎ³ ｍ² ／３（３ｎ＋ｍ）² ＥＩ （１） で示される。

【００５２】荷重Ｐが梁の中央に作用するときは、 ｎ＝ｍ＝ｄ／２ （２） となるので、 ｙ_max＝Ｐｄ³ ／１９２ＥＩ （３） で示される。

【００５３】ここで、前述した製造方法により作成した
試料の試験結果について説明する。

【００５４】図７に示す処理容器３１内に２２％のＴＭ
ＡＨ水溶液３０を入れ、攪拌子３５で攪拌しながら冷却
管３３およびヒータ３４により液温を８０℃に維持して
約０．５μｍ／ｍｉｎのエッチングレートを設定し、被
加工素材（シリコン・ウエーハ）２０を固定治具３２で
支持してエッチング加工を行い、反応性イオン・エッチ
ング（ＲＩＥ）加工により梁構造を作成し、表１に示す
試料（１）および試料（２）を作成した。

【００５５】

【表１】

【００５６】この試料（１）および試料（２）の試験条
件として梁の中央に荷重をかけたときの最大たわみ量ｙ
_max を表２に示す値に設定した。

【表２】

【００５７】スイッチングを行うために梁を最大たわみ
量ｙ_max まで移動させるに必要な力Ｐは、シリコン・ウ
エーハのヤング率が、 Ｅ＝１．３０×１０¹¹（Ｎ×ｍ² ） であるので、（３）式により表３に示す値が算出され
た。

【００５８】次に、試料（１）を用いて光スイッチを作
成し、図１０に示す光ファイバ５ａを光ファイバ５ｃ側
に移動させたときの移動量（μｍ）に対する挿入損失
（ｄＢ）を実測し図１１に示す結果を得た。

【００５９】これによると光ファイバ５ａの移動にとも
なって挿入損失がほとんど切断状態である約９０ｄＢか
ら、試験条件として設定した移動距離１５０μｍに達し
たときは挿入損失が約５ｄＢとなり、光スイッチとして
十分に利用できる程度に作用していることが実証され
た。

【００６０】また、試料（２）を用いて光スイッチを作
成し、図１０に示す光ファイバ５ａおよび５ｂを光ファ
イバ５ｃ側に双方向に移動させたときの移動量（μｍ）
に対する挿入損失（ｄＢ）を実測し図１２（ａ）および
（ｂ）に示す結果を得た。図１２（ａ）は光ファイバ５
ａを光ファイバ５ｃ側に移動させたときの実測データを
示したもので、光ファイバ５ａの移動にともなって挿入
損失は光エネルギの切断状態である９５ｄＢから、試験
条件として設定した移動距離１００μｍに達したときは
挿入損失はほぼ零を示し、光ファイバ５ｃに入力された
光のほとんどが光ファイバ５ａに伝達されていることが
実測された。これは光スイッチとして十分である。

【００６１】また、図１２（ｂ）は光ファイバ５ｂを光
ファイバ５ｃ側に移動させたときの実測データを示した
ものである。これによると光エネルギの切断状態である
９５ｄＢから、光ファイバ５ｂの移動量が８０μｍまで
は、何らかの原因によりわずかな漏洩（または反射）が
観測され、移動量が９０μｍに達すると挿入損失が約５
ｄＢとなり、試験条件の１００μｍでは零値に近い値を
示した。これにより、この試料（２）については切替ス
イッチとして十分に利用できることが証明された。

【００６２】（第二実施例）図１３は本発明第二実施例
の要部の構成を示す拡大断面図である。

【００６３】本発明第二実施例は、一対の駒３ａおよび
３ｂの対向面の背面に可動範囲を規制するストッパ機構
が設けられる。このストッパ機構は、駒３ａおよび３ｂ
に連続して形成された可動片１３ａおよび１３ｂと、こ
の可動片１３ａおよび１３ｂを当接させることにより駒
３ａおよび３ｂの移動量を規制する停止壁１４を有する
可動片収容溝１５ａおよび１５ｂとにより構成される。
可動片収容溝１５ａおよび１５ｂは枠体１１側に形成さ
れる。その他は第一実施例同様に構成される。このよう
に構成される本第二実施例の光スイッチ本体の製造も第
一実施例同様に一つのシリコン・ウエーハから一体に加
工される。

【００６４】本第二実施例は、駒３ａおよび３ｂが変位
を受けたときに、光ファイバ５ａまたは５ｂのいずれか
の端部が光ファイバ５ｃの端部に一致する位置よりも大
きく移動することが規制される。これにより梁２ａおよ
び２ｂが受ける変形量を最小限に抑えることができる利
点がある。

【００６５】光ファイバ５ａおよび５ｂのスイッチング
動作は第一実施例同様に行われる。

【００６６】（第三実施例）図１４は本発明第三実施例
の要部の構成を示す拡大断面図、図１５は本発明第三実
施例の要部の構成を示す図１４のＧ矢視方向拡大断面
図、図１６は本発明第三実施例の枠体の構成を示す拡大
斜視図、図１７は本発明第三実施例の枠体の縦方向背面
図である。

【００６７】本発明第三実施例は、一個の枠体４１と、
その枠体４１の内側に設けられた二本の平行な梁２ａお
よび２ｂと、その梁２ａおよび２ｂのほぼ中央部を相互
に連結する連結部２８と、枠体４１の一辺および連結部
２８に支持されその端部が枠体４１の他辺に達するよう
に梁２ａおよび２ｂに平行に配置された一本の光ファイ
バ５ｃとが備えられる。さらに、枠体４１の他辺には光
ファイバ５ｃの端部が接する位置に梁２ａおよび２ｂに
平行に開部２９が対向するように一対のＶ溝４ａおよび
４ｂが形成され、この一対のＶ溝４ａおよび４ｂの谷部
にそれぞれその端部が接し光ファイバ５ｃの変位に応じ
てその端面が対向する一対の光ファイバ５ａおよび５ｂ
が配置される。

【００６８】枠体４１および二本の梁２ａおよび２ｂは
一枚のシリコン・ウエーハから切出された連続体であ
り、枠体４１は長方形状であり、梁２ａおよび２ｂはそ
の長方形の長辺に平行に形成される。

【００６９】光ファイバ５ａおよび５ｂは、枠体４１の
他辺に形成されたＶ溝４ａおよび４ｂの逃げ溝４２より
外側で接着剤により固定される。したがって余分の接着
剤は逃げ溝４２内に流入し光ファイバ５ｃ側に流出する
ことが防止される。光ファイバ５ａおよび５ｂの端部と
光ファイバ５ｃの端部とはＶ溝４ａおよび４ｂの逃げ溝
４２より内側で対向するように配置される。

【００７０】連結部２８の両側背面には、可動範囲を規
制するストッパ機構が設けられ、このストッパ機構は第
二実施例同様に構成される。

【００７１】連結部２８を左右に駆動する駆動機構は、
図１５および図１７に示すように、連結部２８の背面に
磁性部材６が固定され、この磁性部材６の背面に対向し
て摺動手段４５に支持された磁石４６および電磁石７が
配置される。

【００７２】本第三実施例の場合は、電源端子８に電源
が供給されると、電磁石７に磁力が発生し磁石４６を摺
動手段４５に設けられた案内溝（図示せず）に沿って一
方に引き寄せる。電磁石７と連結部２８の背面に固定さ
れた磁性部材６とは吸引状態にあるので、連結部２８は
磁石４６の移動にともなって同方向に移動する。例え
ば、図１８（ａ）に示すように、磁石４６が右側に移動
すると連結部２８も右側に移動する。これにともなって
光ファイバ５ｃも右側に移動し、光ファイバ５ｃの端部
と光ファイバ５ｂの端部とが対向して光路が形成され
る。また、図１８（ｂ）に示すように、磁石４６が左側
に移動すると連結部２８は左側に移動する。これにとも
なって光ファイバ５ｃも左側に移動し、光ファイバ５ｃ
の端部と光ファイバ５ａの端部とが対向して光路が形成
される。

【００７３】この駆動機構を用いた場合は、磁石４６が
左右いずれかに移動した状態で、電源端子８からの電源
供給を遮断しても、磁石４６は移動した位置に保持され
た状態となるので、光ファイバの切替え後に電源端子８
への通電を継続することなく切替えた状態を維持するこ
とができる。

【００７４】なお、この第三実施例の光スイッチの製造
方法は、第一実施例の光スイッチの製造方法とほぼ同じ
であり、まず、枠体４１の一方の端部に反応性イオン・
エッチングを施してＶ溝を設けるための貫通孔を設け、
また連結部２８の固定溝２８ａおよび他方の端部に固定
溝１ｂを設ける。また逃げ溝４２を設けておく。そし
て、結晶異方性エッチング加工により貫通孔にＶ溝４ａ
を形成する。次いで、第一実施例と同じように、反応性
イオン・エッチング加工を施し、梁２ａおよび２ｂなら
びに可動片１３ａを含む連結部２８を含む枠体４１を切
り出す。そして、二本の光ファイバ５ａ、５ｂをＶ溝４
ａに挿入固定し、また一本の可動の光ファイバ５ｃを連
結部２８の固定溝２８ａおよび固定溝１ｂに固定し、カ
バーを接合して光スイッチを製造する。

【００７５】製造されたこの第三実施例の光スイッチの
構造で駆動させたときの切替時間の測定結果を次に示
す。図１８に示すような構成の測定系により光スイッチ
のスイッチング特性を測定した。この結果、駆動電圧は
８ＶＤＣ、駆動電流１６０ｍＡ、挿入損失１．２ｄＢ、
切替時間１００ｍｓの結果を得た。

【００７６】（第四実施例）図２０は本発明第四実施例
の要部の構成を示す拡大斜視図、図２１は本発明第四実
施例の要部の構成を示す部分断面拡大平面図である。

【００７７】本発明第四実施例は、枠体５１と、この枠
体５１の内側に設けられた二本の平行な梁２ａおよび２
ｂと、この梁２ａおよび２ｂのほぼ中央を相互に連結す
る連結部２８と、枠体５１の一方の端部および連結部２
８に支持されその端面が枠体５１の他方の端部に達する
ように梁２ａおよび２ｂに平行に配置された一本の光フ
ァイバ５ｃとが備えられる。

【００７８】さらに、枠体５１の他方の端部には、光フ
ァイバ５ｃの端部側面が接する位置に梁２ａおよび２ｂ
に平行にその開部２９が対向するように一対のＶ溝４ａ
および４ｂが形成され、この一対のＶ溝４ａおよび４ｂ
の谷部にそれぞれその端部が接し光ファイバ５ｃの変位
に応じてその端面が対向する一対の光ファイバ５ａおよ
び５ｂが配置される。

【００７９】枠体５１および二本の梁２ａおよび２ｂ
は、第一実施例同様に、一枚のシリコン・ウエーハから
切出された連続体であり、枠体５１は長方形状であり、
梁２ａおよび２ｂはその長方形の長辺に平行に形成され
る。

【００８０】光ファイバ５ａおよび５ｂは、枠体５１の
Ｖ溝４ａおよび４ｂの逃げ溝４２より外側で接着剤によ
り固定される。これにより、余分の接着剤は逃げ溝４２
内に流入し光ファイバ５ｃ側に流出することが防止され
る。光ファイバ５ａおよび５ｂの端部と光ファイバ５ｃ
の端部とはＶ溝４ａおよび４ｂの逃げ溝４２より内側で
対向するように配置される。

【００８１】連結部２８を左右に駆動する駆動機構は、
連結部２８に固定溝２８ａを挟んで永久磁石の磁性部材
６が組込まれ、この磁性部材６に磁力を与えて梁２ａお
よび２ｂに変位を与える電磁手段が備えられる。この電
磁手段は、鉄心５２と、この鉄心５２に磁力を与えるコ
イル５３とにより構成される。

【００８２】本第四実施例の場合も、コイル５３に電源
が供給されると、鉄心５２の先端には一方の磁極が発生
するので、連結部２８に組込まれた磁極が固定している
磁性部材６の反対磁極側を一方に引き寄せる。これにと
もなって梁２ａおよび２ｂが移動し、光ファイバ５ｃを
一方に移動させる。この光ファイバ５ｃの移動によりそ
の端面が光ファイバ５ａまたは５ｂの端面に一致し通信
路が形成される。コイル５３に供給する電源の極性を変
えることにより、第一実施例同様にスイッチング動作を
行うことができる。この第四実施例では一つのコイルの
通電方向を切り替えるだけでスイッチング動作を行うこ
とができ、駆動機構を小型化できる利点がある。

【００８３】また、図１９に示す測定系で第四実施例の
構造の光スイッチの特性を測定したところ、駆動させる
に必要な電圧は５ＶＤＣで、通電時間は１５ｍｓ、切替
時間は１０ｍｓ以下となった。なお、消費電力は４．８
Ｗ、挿入損失は１．２ｄＢである。このときの切替の様
子をグラフに示すと図２２のとおりのようになった。グ
ラフ中の上側の線はアクチュエータにかけた電圧の変化
を示し、１５ｍｓの矩形波を入力している。下側の線は
出力側の光ファイバのうち、一つの端面から出力される
光の強度を示している。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
スイッチ本体を構成する複数の部材を一つの素材から一
体的に形成することができるので組立作業が削減され、
組立作業があるために製造できなかった極めて小型の光
スイッチを実用化することができる。さらに、手作業に
よる品質のばらつきがなくなり信頼性の高い安定した製
品を量産することができる。本発明はシリコン・ウエー
ハの固有な性質である機械的弾性を巧みに利用したもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明第一実施例の要部の構成を示す拡大断面
図。

【図２】本発明第一実施例の光ファイバの配置を示す図
１におけるＡ矢視方向拡大断面図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
る左方向への切換えによる光ファイバの接続を説明する
正面図および平面図。

【図４】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
る右方向への切換えによる光ファイバの接続を説明する
正面図および平面図。

【図５】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は本発明第一実施
例に用いられる枠体の製造工程を説明する図。

【図６】（ａ）〜（ｆ）は本発明第一実施例に用いられ
る光スイッチ本体の製造工程を説明する図。

【図７】本発明第一実施例においてＶ溝形成に用いられ
る結晶異方性エッチング装置の要部の構成を示す図。

【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例におけ
る枠体への光ファイバの固定方法を説明する図。

【図９】（ａ）は本発明第一実施例における梁のたわみ
量を算出する荷重の位置を示す図、（ｂ）は梁の形状を
示す図。

【図１０】本発明第一実施例光スイッチの光ファイバの
切換え方向を示す図。

【図１１】本発明第一実施例光スイッチの可動側光ファ
イバの移動量に対する挿入損失の実測データを示す図。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は本発明第一実施例光ス
イッチの別の試料を用いて行った可動側光ファイバ移動
量に対する挿入損失の実測データを示す図。

【図１３】本発明第二実施例の要部の構成を示す拡大断
面図。

【図１４】本発明第三実施例の要部の構成を示す拡大断
面図。

【図１５】本発明第三実施例の要部の構成を示す図１４
のＧ矢視方向拡大断面図。

【図１６】本発明第三実施例の枠体の構成を示す拡大斜
視図。

【図１７】本発明第三実施例の枠体の縦方向背面図。

【図１８】（ａ）および（ｂ）は本発明第三実施例の磁
石の移動を説明する部分背面図。

【図１９】光スイッチのスイッチ特性の測定系を示す
図。

【図２０】本発明第四実施例の要部の構成を示す拡大斜
視図。

【図２１】本発明第四実施例の要部の構成を示す部分断
面拡大平面図。

【図２２】第四実施例のスイッチング特性の測定結果を
示す図。

【符号の説明】

１、１１、４１、５１ 枠体 １ａ、１ｂ、１１ａ、１１ｂ、２８ａ 固定溝 ２ａ、２ｂ 梁 ３ａ、３ｂ、４０ａ、４０ｂ 駒 4 、４ａ、４ｂ、４１ａ、４１ｂ Ｖ溝 ５ａ、５ｂ、５ｃ 光ファイバ ６ 磁性部材 ７ 電磁石 ８ 電源端子 ９ マッチング・オイル １０ 密閉容器 １３ａ、１３ｂ 可動片 １４ 停止壁 １５ａ、１５ｂ 可動片収容溝 ２０ 被加工素材（シリコン・ウエーハ） ２１ 貫通孔 ２２ａ、２２ｂ、２３ 貫通部 ２５ ベース ２５ａ、２６ａ くぼみ ２６ カバー ２７ マイクロピペット ２８ 連結部 ２９ 開部 ３０ ＴＭＡＨ水溶液 ３１ 処理容器 ３２ 固定治具 ３３ 冷却管 ３４ ヒータ ３５ 攪拌子 ３６ 温度計 ４２ 逃げ溝 ４５ 摺動手段 ４６ 磁石 ５２ 鉄心 ５３ コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−270692（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−43625（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−260613（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−148536（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−161046（ＪＰ，Ａ) 特表 平１−502782（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／28476（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 26/08

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一個の長方形の辺を構成する枠体と、そ
   の枠体の内側の長方形の長辺に平行に設けられた二本の
   平行な梁と、その梁のほぼ中央部に前記二本の梁と一体
   構造となる可動体とを備え、この可動体には互いにその開部が対向するＶ溝が前記梁
   に平行に形成され、このＶ溝の中にそれぞれその端部が
   接する一対の光ファイバが配置され、この一対の光ファ
   イバの前記端部に対向するように一本の光ファイバが前
   記可動体の前記二本の梁のほぼ中間部に設けられた固定
   溝に配置され、 前記枠体および前記二本の梁は一枚のシリコン・ウエー
   ハから切出された連続体であり、 前記可動体には磁性部材が組み込まれ、前記枠体の外に
   この磁性部材に磁力を与えて前記梁に反りによる変位を
   与える磁石が設けられ、 前記磁石は、電磁石であり、鉄心の先端が二つに分岐し
   前記磁性部材の両磁極を挟む構造である ことを特徴とす
   る光スイッチ。
2. 【請求項２】 前記枠体がマッチング・オイルが充填さ
   れた密閉容器に実装された請求項１記載の光スイッチ。
3. 【請求項３】 一個の長方形の辺を構成する枠体と、そ
   の枠体の内側の長方形の長辺に平行に設けられた二本の
   平行な梁と、その梁のほぼ中央部に設けられ前記二本の
   梁を相互に連結し前記梁に反りによる変位を与える連結
   部とを備え、前記枠体の一辺および前記連結部に固定して支持されそ
   の端部が前記枠体の他辺に達するように前記梁に平行に
   一本の光ファイバが配置され、 前記枠体の他辺には前記光ファイバの端部が接する位置
   に前記梁に平行に開部が互いに対向するように一対のＶ
   溝が形成され、この一対のＶ溝の中にそれぞれその端部
   が接し前記一本の光ファイバの変位に応じて対向するよ
   うに一対の光ファイバが配置され、 前記枠体および前記二本の梁は一枚のシリコン・ウエー
   ハから切出された連続体であり 、前記連結部には磁性部材が組込まれ、前記枠体の外にこ
   の磁性部材に磁力を与 えて前記梁の反りを変位させる磁
   石が設けられ、 前記磁石は、電磁石であり、鉄心の先端が二つに分岐し
   前記磁性部材の両磁極を挟む構造である ことを特徴とす
   る 光スイッチ。
4. 【請求項４】 前記枠体がマッチング・オイルが充填さ
   れた密閉容器に実装された請求項３記載の光スイッチ。
5. 【請求項５】 一枚のシリコン・ウエーハにその表面か
   ら反応性イオン・エッチング（Reactive Ion Etching，
   ＲＩＥ）を施すことにより貫通孔を開口しその側面に結
   晶異方性エッチングを施してほぼ中央部に開口が対向す
   るＶ溝を形成し、反応性イオン・エッチング（Reactive
   Ion Etching，ＲＩＥ）を施すことにより、一個の枠体
   とその内側にその枠体と連続的に形成された二本の平行
   な梁と、この梁の中央部に形成され前記Ｖ溝が形成され
   た可動体とを備えた部品を一体的に切出し、前記部品の
   下面をくぼみを設けたベースで接合し、そのＶ溝の中に
   それぞれその端部が接することができるように光ファイ
   バを挿入し、さらにその部品の上面をくぼみを設けたカ
   バーに接合することを特徴とする光スイッチの製造方
   法。
6. 【請求項６】 一枚のシリコン・ウエーハにその表面か
   ら反応性イオン・エッチング（Reactive Ion Etching，
   ＲＩＥ）を施すことにより貫通孔を開口しその側面に結
   晶異方性エッチングを施してその端部に開口が対向する
   Ｖ溝を形成し、反応性イオン・エッチング（Reactive I
   on Etching，ＲＩＥ）を施すことにより、一個の枠体と
   その内側にその枠体と連続的に形成された二本の平行な
   梁と、この梁の中央部に形成されて前記梁を連結し一本
   の光ファイバを収容する溝が形成された連結部とを備え
   た部品を一体的に切出し、前記部品の下面をくぼみを設
   けたベースで接合し、前記Ｖ溝の中にそれぞれその端部
   が接することができるように２本の光ファイバを固定
   し、前記連結部の溝に１本の可動の光ファイバを挿入
   し、さらにその部品の上面をくぼみを設けたカバーに接
   合することを特徴とする光スイッチの製造方法。