JP3943989B2

JP3943989B2 - 光スイッチ

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Publication number: JP3943989B2
Application number: JP2002140360A
Authority: JP
Inventors: 亮吉馬場; 正喜江刺
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003329948A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニング技術を用いた光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の光通信網の主流は、１本の光ファイバに多波長の信号を重ね合わせて伝送するＷＤＭ（ＷａｖｅｌｅｎｇｔｈＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）である。光通信網の高度化には、ＷＤＭによる情報容量の拡大の技術と共に、その情報を的確に切替え処理する光スイッチの技術が必要不可欠である。ＷＤＭ普及のために光スイッチは欠かせない重要な要素であり、その開発が急がれている。その中で、マイクロマシニング技術を用いたミラー型の光スイッチは、優れた光学特性（低損失、低クロストーク）に加えて、波長や偏波に対して無依存、小型高密度、大規模化、非閉塞型、低電力型（自己保持型）であること等で期待されている。
【０００３】
これらの長所を意図した非閉塞型マトリクス光スイッチが提案されている（特願２０００−２２１０６６号参照。）
図９は本発明の前提となった光スイッチの平面図であり、図１０は図９に示した光スイッチの正面図である。
【０００４】
基板１にマイクロマシニングの微細加工技術を用いて製作した小型のミラー部２を複数有する２列のミラーベース３が基板１に対して垂直に固定されている。ミラー部２は、１枚のミラーベース材（Ｓｉ）に複数の略コの字形状の溝孔をエッチングすることによりトーションバー５で回動自在に支持されるようにミラー４を形成し、各ミラー４の周辺部に図には示されていないコイルを形成したものである。ミラー４の数は合計８枚（４枚×２）である。
【０００５】
基板１上には４心の光ファイバブロックにマイクロレンズアレイを接着した光入力ポート６と光出力ポート７とがミラーベース３を挟んでアライメントされている。基板１上にはミラー部２の列に対して平行な磁場がかかるように一対の永久磁石８がアライメントされている。ミラー部２のミラー４を所定の角度に回動された状態を保持するためのラッチ機構９がミラー部２と基板１との間に設けられている。図中１０はミラーベース留め具であり、１１は光路である。
【０００６】
図１１は図９に示した光スイッチに用いられるラッチ機構近傍の拡大斜視図である。
【０００７】
図１１にはミラーが駆動された状態のもの（図では右側）と、駆動されていない状態のもの（図では左側）とが示されている。両ミラー４の下部にはラッチ機構９が配置されている。ラッチ機構９は、略Ｌ字形状に折り曲げられ先端に凹凸が形成されたバイメタル１２と、バイメタル１２を加熱して先端部がミラー４に接触することによりミラー４を保持するためのヒータ１３とで構成されている。すなわち、ヒータ１３の通電加熱によりバイメタル１２が矢印１４方向に変形してバイメタル１２の凹凸がミラー４と嵌合することでミラー４がラッチされる。これとは逆にヒータ１３の通電加熱を停止することによりバイメタル１２が矢印１５方向に戻り、ラッチが解除されるようになっている。なお、１６はミラー４を回動させるためのコイルである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９〜図１１に示した従来の光スイッチのラッチ機構９は、ミラー４を一方向（矢印１４方向）から押さえ付けてラッチするため、トーションバー５に負担がかかってミラー４が傾斜、すなわち回動軸が傾斜するという問題があった。また、ミラー４の回動角度が微小であるため、ラッチ機構９のバイメタル１２の溝間隔（先端の凹凸の間隔）も細かくなり、エッチング等のプロセスで形成するのが困難であり、かつ壊れやすいという問題があった。さらに、ミラー４を所定の角度でラッチするためにはラッチ機構９を常に通電状態にする必要があり、自己保持することができないという問題があった。さらに、信頼性や歩留まりの問題で製作時間がかかり、製作コストの増大という問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ラッチ時にミラーが傾斜することがなく、自己保持が可能で、歩留まりが高く、信頼性に優れた光スイッチを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に記載の光スイッチは、ミラーと、一対のトーションバーで該ミラーを開口部内で回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記ミラーベースに非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除するラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記ラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対の突起部と、一方の突起部の先端から上記ミラーベースを経て他方の突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の溝孔と、該溝孔のうち上記ミラーベース内に充填された後で乾燥収縮して両突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための電極とで構成されているものである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、ミラーと、一対のトーションバーで該ミラーを開口部内で回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記ミラーベースに非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除するラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記ラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対の突起部と、一方の突起部の基部から上記ミラーベースを経て他方の突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔内に充填された後で乾燥収縮して上記突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための発熱体とで構成されているものである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、ミラーと、一対の内側トーションバーで該ミラーを回動自在に支持する支持枠と、該支持枠を開口部内で上記内側トーションバーと直交する方向に一対の外側トーションバーで回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる第１の回動手段と、上記支持枠を回動させる第２の回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記支持枠に非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除する第１のラッチ機構と、上記ミラーベースに非通電時に上記支持枠を保持し、通電時に上記支持枠の保持を解除する第２のラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記第１のラッチ機構は、上記支持枠の開口部内で上記内側トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記内側トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対の支持枠側突起部と、一方の支持枠側突起部の先端から上記支持枠を経て他方の支持枠側突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の溝孔と、該溝孔のうち上記支持枠内に充填された後で乾燥収縮して両突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための電極とで構成され、第２のラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記外側トーションバーと対向する位置から上記支持枠に沿って上記外側トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対のミラーベース側突起部と、一方のミラーベース側突起部の先端から上記ミラーベースを経て他方のミラーベース側突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の他の溝孔と、該他の溝孔のうち上記ミラーベース内に充填された後で乾燥収縮して両ミラーベース側突起部を上記支持枠と接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記ミラーベース側突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記支持枠から離すための他の電極とで構成されているものである。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、ミラーと、一対の内側トーションバーで該ミラーを回動自在に支持する支持枠と、該支持枠を開口部内で上記内側トーションバーと直交する方向に一対の外側トーションバーで回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる第１の回動手段と、上記支持枠を回動させる第２の回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記支持枠に非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除する第１のラッチ機構と、上記ミラーベースに非通電時に上記支持枠を保持し、通電時に上記支持枠の保持を解除する第２のラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記第１のラッチ機構は、上記支持枠の開口部内で上記内側トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記内側トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対の支持枠側突起部と、一方の支持枠側突起部の基部から上記支持枠を経て他方の支持枠側突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔内に充填された後で乾燥収縮して上記支持枠側突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両支持枠側突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記支持枠側突起部を上記ミラーから離すための発熱体とで構成され、第２のラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記外側トーションバーと対向する位置から上記支持枠に沿って上記外側トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対のミラーベース側突起部と、一方のミラーベース側突起部の基部から上記ミラーベースを経て他方のミラーベース側突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔の内に充填された後で乾燥収縮して上記ミラーベース側突起部を上記支持枠と接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両ミラーベース側突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記ミラーベース側突起部を上記支持枠から離すための他の発熱体とで構成されているものである。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載の構成に加え、トーションバーは非導電性物質からなり、ミラー、支持枠及びミラーベースは導電性物質からなるのが好ましい。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項１から７のいずれかに記載の構成に加え、ミラー、支持枠及びミラーベースはＳｉウェハのエッチングにより形成され、トーションバーはＳｉウェハ上に形成されＳｉウェハのバックサイドエッチングにより残されたポリイミドからなるのが好ましい。
【００１８】
本発明によれば、ミラーのラッチ時にはミラーを少なくとも一対の突起部で両側から挟むのでミラーが傾くことがなくなる。また、本発明によれば、支持枠のラッチ時には支持枠を少なくとも一対の突起部で両側から挟むのでミラーが傾くことがなくなる。このため、光スイッチの信頼性が向上する。ラッチを作動させるときは非通電状態であり、ラッチの解除するときだけ通電状態であるため、自己保持が可能となる。
【００１９】
ここで、トーションバーとして樹脂を用いるとしているが、例えばマイクロマシニング技術、すなわち半導体プロセスでは絶縁素材としてポリイミドが使用される。ポリイミドは機械強度や薬品耐性も比較的強く、またフォトリソグラフィが可能な感光性ポリイミドも多用されている。このポリイミドのねじり剛性は、一般的にトーションバーとして用いられるＳｉと比べて小さいので、Ｓｉよりも少ない力でトーションバーをねじることができ、小型ミラーの角度操作の自由度が大きくとれるという利点がある。
【００２０】
また、ラッチ機構に直接通電する場合、トーションバーが導電性材料からなっていると、ラッチ機構がミラーに接触することにより、ミラーとミラー周辺の構造体とが電気的にショートしてしまう。そこで、ラッチ機構がミラーと接触してもショートしないようにミラーと周辺の構造体とを接続するトーションバーを絶縁物質にする必要があるが、ポリイミドの抵抗率で十分絶縁することができる。
【００２１】
ミラーベースやミラー部の製造プロセスにおいては、通常行われるＳｉのトーションバー製作の時には、例えば基板となるＳｉ上に形成したＳｉＯ₂等の犠牲層の上にポリＳｉでトーションバー等の構造を製作してから犠牲層を除去することでポリＳｉ製のトーションバーを製作するサーフェスマイクロマシニング技術を用いるものや、ＳＯＩウェハを用いて同様に犠牲層（ＳｉＯ₂）を除去する方法でＳｉ製のトーションバーを製作をする技術が用いられている。
【００２２】
これに対し、トーションバーにポリイミドを用いる場合は、Ｓｉウェハの表面にポリイミドでトーションバーを形成しておき、Ｓｉのバックサイドエッチングで表面のポリイミドを残すだけでよいので、高価なＳＯＩウェハを用いなくてもミラーを容易に形成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００２４】
図１は本発明の光スイッチの一実施の形態を示す外観斜視図であり、図２は図１に示した光スイッチの平面図である。図３は図１に示した光スイッチの正面図である（但し、手前側のミラーベースは省略されている。）。図４は図１に示した光スイッチに用いられるミラーベースのミラー部の拡大図である（但し、収縮性樹脂の充填直後を示す。）。
【００２５】
図１に示すように複数（図では４個であるが限定されない。）の小型のミラー部２０を有するミラーベース２１と、複数（図では４個であるが限定されない。）の小型のミラー部２２を有するミラーベース２３とが互いに平行で、かつミラー部２０、２２の略矩形状（円形若しくは多角形でもよい。）のミラー２４、２５同士が対向するように基板（例えばＳｉ基板）２６の表面上に垂直に固定されている。ミラー部２０、２２は例えばマイクロマシニング技術を用いてＳｉ基板に形成されたものである。
【００２６】
コリメートされた光２７を出射する複数（図では４個であるが限定されない。）の光出射窓（マイクロレンズアレイ）２８を有する光入力ポート２９と、複数（図では４個であるが限定されない。）の光入射窓（マイクロレンズアレイ）３０を有する光出力ポート３１とが互いに平行になるように基板２６の表面上に垂直に固定されている。基板２６の近傍には磁界が基板２６の表面に対して垂直（Ｙ軸方向）になるように一対の永久磁石３２、３３が配置され、磁界がミラーベース２１、２３及び基板２６の表面に対して平行（Ｘ軸方向）になるように一対の永久磁石３４、３５が配置されている。
【００２７】
図２に示すようにミラーベース２１、２３、光入力ポート２９及び光出力ポート３１の位置関係は、略平行四辺形状となっている。すなわち、光入力ポート２９の光出射窓２８からの出射光２７の光路上に一方（図では上側）のミラーベース２１のミラー２４の中心が位置し、そのミラーベース２１と対向する側に他方（図では下側）のミラーベース２３が平行に配置されており、一方のミラーベース２１のミラー２４で反射した光の光路２７上には他方のミラーベース２３のミラー２５の中心が位置し、そのミラー２５で反射した光の光路２７上には光出力ポート３１の入射窓３０が位置するようになっている。
【００２８】
図３に示すようにミラーベース２１に形成されたミラー部２０は、ミラー２４が形成されたミラー板２４ａと、一対の内側トーションバー３７ａ、３７ｂでミラー板２４ａを回動自在に支持する支持枠３８と、支持枠３８を開口部３９内で内側トーションバー３７と直交する方向に一対の外側トーションバー４０ａ、４０ｂで回動自在に支持するミラーベース２１とを有する。すなわち、ミラー部２０はＸ方向及びＹ方向に回動可能なジンバル構造になっている。ミラー部２２もミラー部２０と同様にジンバル構造となっている。
【００２９】
図４に示すミラー部２０のミラー板２４ａは中央にミラー（例えばＡｕ薄膜）２４が形成され、ミラー２４の周囲には矩形状の微細な内側コイル（巻き数は５回であるが限定されない。）４１が形成されており、支持枠３８には矩形状の微細な外側コイル（巻き数は５回であるが限定されない。）４２が形成されている。内側コイル４１と前述の永久磁石３４、３５とで第１の回動手段が構成され、外側コイル４２と永久磁石３２、３３とで第２の回動手段が構成されている。
【００３０】
両コイル４１、４２は例えばＳｉの構造体の上に形成したポリイミド上にＣｕめっきで形成されている。内側コイル４１の一端（図では上側）は一方（図では上側）の内側トーションバー３７ａを経て支持枠３８に形成されたコンタクトホール４３に接続されており、内側コイル４１の他端（図では下側）は内側コイル４１とミラー２４との間に形成されたコンタクトホール４４に接続されている。支持枠３８の外側コイル４２の外側のコンタクトホール４３の近傍にはコンタクトホール４５が形成され、両コンタクトホール４４、４５間はポリイミドの下層にある接続用の配線で結ばれている。コンタクトホール４５は支持枠３８に形成された配線パターン４６の一端に接続されている。配線パターン４６は一方（図では右側）の外側トーションバー４０ｂを経てミラーベース２１に形成され他端は図示しないコイル駆動回路へ接続されるようになっている。
【００３１】
ミラー板２４ａの内側コイル４１の外側のコンタクトホール４４の近傍にはコンタクトホール４７が形成され、コンタクトホール４４、４７はポリイミドの下層にある接続用の配線で結ばれている。コンタクトホール４７は他方（図では下側）の内側トーションバー３７ｂに形成された配線パターン４８の一端に接続され、配線パターンの他端は支持枠３８に形成されたコンタクトホール４９に接続されている。支持枠３８の外側コイル４２の外側のコンタクトホール４９の近傍にはコンタクトホール５０が形成されている。両コンタクトホール４９、５０間はポリイミドの下層にある接続用の配線で結ばれている。コンタクトホール５０には配線パターン５１の一端が接続されており、配線パターンは支持枠３８、他方（図では左側）の外側トーションバー４０ａを経てミラーベース２１に形成され、他端は図示しないコイル駆動回路へ接続されるようになっている。
【００３２】
支持枠３８の外側コイル４２の一端（図では左側）は直接配線パターン５２に接続され、外側トーションバー４０ａを経てミラーベース２１に形成され、他端は図示しないコイル駆動回路へ接続されるようになっている。支持枠３８の外側コイル４２の他端は支持枠３８の外側コイル４２の内側に形成されたコンタクトホール５３に接続されている。支持枠３８の外側コイル４２の外側のコンタクトホール５３の近傍にはコンタクトホール５４が形成されており、両コンタクトホール５３、５４はポリイミドの下層にある接続用の配線で結ばれている。コンタクトホール５４には配線パターン５５の一端が接続され、配線パターン５５は外側トーションバー４０ｂを経てミラーベース２１に形成され、図示しないコイル駆動回路へ接続されるようになっている。
【００３３】
支持枠３８の内側トーションバー３７ａ、３７ｂで左右２つ仕切られた開口部内のうち一方（図では左側）の開口部内には、内側トーションバー３７ａ、３７ｂと対向する位置からミラー２４に沿って内側トーションバー３７ａ、３７ｂに向かって延びると共にミラー２４側の断面積がミラー２４と反対側の断面積より小さくなる抵抗体（例えばＰ⁺⁺Ｓｉ）からなる一対の支持枠側突起部５６ａ、５６ｂが形成されている。一方（図では上側）の支持枠側突起部５６ａの先端から支持枠３８を経て他方（図では下側）の支持枠側突起部５６ｂの先端にわたって略コの字形状の溝孔５７が形成されている。この溝孔５７のうち支持枠３８側には充填された後で乾燥収縮して両突起部５６ａ、５６ｂをミラー板２４ａと接触するように歪ませる収縮性樹脂５８が充填されている。支持枠３８には、両突起部５６ａ、５６ｂに電流を供給してミラー側を発熱膨張させることで両突起部５６ａ、５６ｂをミラー板２４ａから離すための電極５９が形成されている。
【００３４】
支持枠３８の内側トーションバー３７ａ、３７ｂで左右２つに仕切られた開口部内のうち他方（図では右側）の開口部内にも同様の支持枠側突起部６０ａ、６０ｂ、溝孔６１及び電極６２が形成され、溝孔６１内には収縮性樹脂６３が充填されている。
【００３５】
これら支持枠側突起部５６ａ、５６ｂ、６０ａ、６０ｂ、溝孔５７、６１、収縮性樹脂５８、６３及び電極５９、６２で第１のラッチ機構が構成されている。
【００３６】
両電極５９、６２は支持枠３８に形成された配線パターン６４で接続され、かつコンタクトホール６５に接続されている。支持枠３８の外側コイル４２の外側のコンタクトホール６５の近傍にはコンタクトホール６６が形成され、両コンタクトホール６５、６６間はポリイミドの下層にある接続用の配線で結ばれている。コンタクトホール６６には配線パターン６７の一端が接続されており、配線パターン６７は外側トーションバー４０ａを経てミラーベース２１に形成され、図示しない駆動回路に接続されるようになっている。なお、コンタクトホール５４の近傍にコンタクトホール６８が形成されているが、これは両電極５９、６２と各支持枠側突起部５６ａ、５６ｂ、６０ａ、６０ｂとの間に電流を供給するためのものであり、コンタクトホール５４には配線パターン６９の一端が接続され、配線パターン６９は外側トーションバー４０ｂを経てミラーベース２１に形成され、図示しない駆動回路に接続されるようになっている。
【００３７】
ミラーベース２１の外側トーションバー４０ａ、４０ｂで上下２つに仕切られた開口部のうち一方（図では上側）の開口部内には、外側トーションバー４０ａ、４０ｂと対向する位置から支持枠３８に沿って外側トーションバー４０ａ、４０ｂに向かって延びると共にミラー２４側の断面積がミラー２４と反対側の断面積より小さくなる抵抗体（例えばＰ⁺⁺Ｓｉ）からなる一対のミラーベース側突起部７０ａ、７０ｂが形成されている。一方（図では左側）のミラーベース側突起部７０ａの先端からミラーベース２１を経て他方（図では右側）のミラーベース側突起部７０ｂの先端にわたって略コの字形状の溝孔７１が形成されている。この溝孔７１のうちミラーベース２１側には充填された後で乾燥収縮して両ミラーベース側突起部７０ａ、７０ｂを支持枠３８と接触するように歪ませる収縮性樹脂７２が充填されている。ミラーベース３８には、側突起部７０ａ、７０ｂに電流を供給してミラー側を発熱膨張させることで両突起部７０ａ、７０ｂを支持枠３８から離すための電極７３が形成されている。
【００３８】
ミラーベース２１の外側トーションバー４０ａ、４０ｂで上下２つに仕切られた開口部のうち他方（図では下側）の開口部内にも同様のミラーベース側突起部７４ａ、７４ｂ、溝孔７５及び電極７６が形成され、溝孔７５内には収縮性樹脂７７が充填されている。
【００３９】
これらミラーベース側突起部７０ａ、７０ｂ、７４ａ、７４ｂ、溝孔７１、７５、電極７３、７６及び収縮性樹脂７２、７７で第２のラッチ機構が形成されている。電極７３はミラーベース２１に形成された配線パターン７８の一端に接続されている。配線パターン７８は２つに分岐されており、分岐された一方（図では下側）はミラーベース２１に形成されたコンタクトホール７９に接続されている。コンタクトホール７９の配線パターン４６の反対側にはコンタクトホール８０が形成されている。コンタクトホール８０には配線パターン８１の一端が接続されており、配線パターン８１はミラーベース２１に形成されており、その他端は電極７６に接続されている。配線パターン７８の分岐された他方は（図では右側）、図示しない駆動回路に接続されるようになっている。ミラーベース２１にはコンタクトホール８２が形成されているが、これは両電極７３、７６と各ミラーベース側突起部７０ａ、７０ｂ、７４ａ、７４ｂとの間に電流を供給するためのものであり、コンタクトホール８２には配線パターン８３の一端が接続され、図示しない駆動回路に接続されるようになっている。
【００４０】
これらミラーベース２１、支持枠３８及びミラー板２４ａ等のＳｉの上には酸化膜が形成されており、その酸化膜の上にポリイミド、例えばＡｕ／Ｃｒのめっき用シードレイヤが形成され、そのめっき用シードレイヤの上にＣｕめっきからなるコイル４１、４２や配線パターン４６、５１、５２、６７、６９、８３等が形成されているのである。
【００４１】
次に本光スイッチのラッチ機構の動作について説明する。
【００４２】
図５は図４に示したミラー部の略コの字形状の貫通孔に収縮性樹脂が封止された直後のミラー板周辺の部分拡大図であり、図６は図４に示したミラー部のラッチ機構のラッチ状態を示す図であり、図７は図４に示したミラー部のラッチ機構のラッチ解除状態を示す図である。なお、説明を簡単にするため、一方の支持枠側突起部についてのみ説明するが、他方の支持枠側突起部やミラーベース側突起部についても同様である。
【００４３】
図５に示す支持枠側突起部５６ａ、５６ｂのミラー２４側はミラー２４と反対側に比べて細くなっている。略コの字形状の溝孔５７の支持枠３８側には収縮性樹脂としてのポリイミド５７が充填されている。
【００４４】
光スイッチの製造中にポリイミド５７は乾燥固化するが、そのときの揮発性物質の揮発により図６に示すようにポリイミド５７が収縮する。このポリイミド５７の収縮により一対の支持枠側突起部５６ａ、５６ｂがミラー２４側に矢印８４方向に歪む。この歪みにより支持枠側突起部５６ａ、５６ｂの先端が矢印８５、８６方向に歪んでミラー板２４ａを挟む。これが支持枠側突起部５６ａ、５６ｂの初期位置となり、ミラー２４をラッチした状態となっている。すなわち、無通電状態でミラー２４を固定保持することができる。
【００４５】
このような支持枠側突起部５６ａ、５６ｂに通電すると、支持枠側突起部５６ａ、５６ｂの細い方は太い方に比べて抵抗が高いため、発熱量が異なり、細い方の温度が上昇する。この温度差により支持枠側突起部５６ａ、５６ｂの細い方が太い方よりも大きく膨張して支持枠側突起部５６ａ、５６ｂの先端は太い方へ、すなわちミラー２４から離れる方向（矢印８７、８８方向）に変位する。この結果、ミラー２４の保持が解除される。なお、変位量は数十μｍである。
【００４６】
このようなラッチ機構を有する光スイッチを用いて４×４の閉塞型マトリクス光スイッチを製作し、小型ミラーの角度を制御し、ラッチさせ、光路の切替が再現性よく行えたことを確認することができた。
【００４７】
図８（ａ）は本発明の光スイッチに用いられるラッチ機構の変形例のラッチ状態を示す図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示したラッチ機構のラッチ解除状態を示す図である。
【００４８】
図６、図７に示した実施の形態との相違点は支持枠側突起部８９ａ、８９ｂに長手方向の複数の溝孔９０ａ、９０ｂが形成され、支持枠側突起部８９ａ、８９ｂのミラー２４側に発熱体９１ａ、９１ｂがそれぞれ設けられている点である。
【００４９】
すなわち、発熱体９１ａ、９１ｂを通電加熱させることにより支持枠側突起部８９ａ、８９ｂがミラー２４から離れる方向（矢印９２、９３）に歪むことでラッチを解除するようにしたものである。このようなラッチ機構を有していても図６、図７に示した実施の形態と同様の効果が得られる。なお、９４は収縮性樹脂５８が充填される始め大括弧形状の溝である。
【００５０】
なお、本実施例ではジンバル構造のミラーベースを有する光スイッチの場合で説明したが、ミラーベース内に支持枠を設けずにミラーをＸ軸方向或いはＹ軸方向のまわりにのみ回動させるように構成してもよい。
【００５１】
以上において本発明によれば、ラッチ時に小型ミラーを安定に固定保持でき、ラッチを自己保持でき、プロセスを簡易化でき、歩留まりが向上した。
【００５２】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、ラッチ時にミラーが傾斜することがなく、自己保持が可能で、歩留まりが高く、信頼性に優れた光スイッチの提供を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光スイッチの一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図２】図１に示した光スイッチの平面図である。
【図３】図１に示した光スイッチの正面図である。
【図４】図１に示した光スイッチに用いられるミラーベースのミラー部の拡大図である。
【図５】図４に示したミラー部の略コの字形状の貫通孔に収縮性樹脂が封止された直後のミラー板周辺の部分拡大図である。
【図６】図４に示したミラー部のラッチ機構のラッチ状態を示す図である。
【図７】図４に示したミラー部のラッチ機構のラッチ解除状態を示す図である。
【図８】（ａ）は本発明の光スイッチに用いられるラッチ機構の変形例のラッチ状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示したラッチ機構のラッチ解除状態を示す図である。
【図９】本発明の前提となった光スイッチの平面図である。
【図１０】図９に示した光スイッチの正面図である。
【図１１】図９に示した光スイッチに用いられるラッチ機構近傍の拡大斜視図である。
【符号の説明】
２０ミラー部
２１、２３ミラーベース
２４、２５ミラー
２６基板
２９光入力ポート
３１光出力ポート
３２、３３、３２、３５永久磁石

Claims

ミラーと、一対のトーションバーで該ミラーを開口部内で回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記ミラーベースに非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除するラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記ラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対の突起部と、一方の突起部の先端から上記ミラーベースを経て他方の突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の溝孔と、該溝孔のうち上記ミラーベース内に充填された後で乾燥収縮して両突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための電極とで構成されていることを特徴とする光スイッチ。
ミラーと、一対のトーションバーで該ミラーを開口部内で回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記ミラーベースに非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除するラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記ラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対の突起部と、一方の突起部の基部から上記ミラーベースを経て他方の突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔内に充填された後で乾燥収縮して上記突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための発熱体とで構成されていることを特徴とする光スイッチ。
ミラーと、一対の内側トーションバーで該ミラーを回動自在に支持する支持枠と、該支持枠を開口部内で上記内側トーションバーと直交する方向に一対の外側トーションバーで回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる第１の回動手段と、上記支持枠を回動させる第２の回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記支持枠に非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除する第１のラッチ機構と、上記ミラーベースに非通電時に上記支持枠を保持し、通電時に上記支持枠の保持を解除する第２のラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記第１のラッチ機構は、上記支持枠の開口部内で上記内側トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記内側トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対の支持枠側突起部と、一方の支持枠側突起部の先端から上記支持枠を経て他方の支持枠側突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の溝孔と、該溝孔のうち上記支持枠内に充填された後で乾燥収縮して両突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記ミラーから離すための電極とで構成され、第２のラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記外側トーションバーと対向する位置から上記支持枠に沿って上記外側トーションバーに向かって延びると共に上記ミラー側の断面積が上記ミラーと反対側の断面積より小さくなる抵抗体からなる少なくとも一対のミラーベース側突起部と、一方のミラーベース側突起部の先端から上記ミラーベースを経て他方のミラーベース側突起部の先端にわたって形成された略コの字形状の他の溝孔と、該他の溝孔のうち上記ミラーベース内に充填された後で乾燥収縮して両ミラーベース側突起部を上記支持枠と接触するように歪ませる収縮性樹脂と、上記ミラーベース側突起部に電流を供給して上記ミラー側を発熱膨張させることで上記突起部を上記支持枠から離すための他の電極とで構成されていることを特徴とする光スイッチ。
ミラーと、一対の内側トーションバーで該ミラーを回動自在に支持する支持枠と、該支持枠を開口部内で上記内側トーションバーと直交する方向に一対の外側トーションバーで回動自在に支持するミラーベースと、上記ミラーを回動させる第１の回動手段と、上記支持枠を回動させる第２の回動手段と、上記ミラーに外部から入力した信号光を照射する光入力ポートと、上記ミラーで反射された信号光を受光して外部へ出力する光出力ポートと、上記支持枠に非通電時に上記ミラーを保持し、通電時に上記ミラーの保持を解除する第１のラッチ機構と、上記ミラーベースに非通電時に上記支持枠を保持し、通電時に上記支持枠の保持を解除する第２のラッチ機構とを備えた光スイッチにおいて、上記第１のラッチ機構は、上記支持枠の開口部内で上記内側トーションバーと対向する位置から上記ミラーに沿って上記内側トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対の支持枠側突起部と、一方の支持枠側突起部の基部から上記支持枠を経て他方の支持枠側突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔内に充填された後で乾燥収縮して上記支持枠側突起部を上記ミラーと接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両支持枠側突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記支持枠側突起部を上記ミラーから離すための発熱体とで構成され、第２のラッチ機構は、上記ミラーベースの開口部内で上記外側トーションバーと対向する位置から上記支持枠に沿って上記外側トーションバーに向かって延びると共に長手方向に複数の溝が形成された少なくとも一対のミラーベース側突起部と、一方のミラーベース側突起部の基部から上記ミラーベースを経て他方のミラーベース側突起部の基部まで始め大括弧形状の溝孔と、該溝孔の内に充填された後で乾燥収縮して上記ミラーベース側突起部を上記支持枠と接触するように歪ませる収縮性樹脂と、両ミラーベース側突起部の上記ミラー側に設けられ通電加熱して膨張させることで上記ミラーベース側突起部を上記支持枠から離すための他の発熱体とで構成されていることを特徴とする光スイッチ。
上記トーションバーは非導電性物質からなり、上記ミラー、上記支持枠及び上記ミラーベースは導電性物質からなる請求項１から４のいずれかに記載の光スイッチ。
上記ミラー、上記支持枠及び上記ミラーベースはＳｉウェハのエッチングにより形成され、上記トーションバーは上記Ｓｉウェハ上に形成され上記Ｓｉウェハのバックサイドエッチングにより残されたポリイミドからなる請求項１から５のいずれかに記載の光スイッチ。