JP4177051B2 - 可変光減衰器及び光部品 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信に用いられる光部品の小型化に必要な可変光減衰装置及び光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化を目的にシリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として、例えば、平面鏡の角度を変化させることで入射した光ビームの反射方向を変化させる１×８光スイッチ（例えば、IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, Vol. 5, No. 1, January/February 1999, pp. 26-32）や、入・出射ウエーブガイドとレンズとを有するコリメータを備えた可変光減衰器（例えば、USP No. 6,137,941）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記１×８光スイッチは、マイクロモータによって回転される平面鏡の周囲に複数の出力ファイバを放射状に配置し、入力ファイバから導入された光ビームを、平面鏡の角度を変化させることによって角度方向にスキャンさせて反射させ、所望の出力ファイバに出力するものである。このため、上記１×８光スイッチは、光ビームを角度方向にスキャンさせることはできるが、マイクロモータの回転が間欠的なため、光ビームを角度方向に連続的にスキャンさせることができないと共に、光軸に垂直な方向に光ビームを平行してスキャンさせることができない。従って、上記１×８光スイッチは、光軸に垂直な方向に平行して光ビームをスキャンさせる光部品への応用に制限があった。
【０００４】
一方、上述した可変光減衰器は、図２２に示すように、ファイバキャピラリ１００に設けられた入力ウェーブガイド１０２から入射した光をレンズ１０４を介して反射面１１０で反射させ、再度レンズ１０４を通して入射光と平行な出力ウェーブガイド１１２に入射させている。このとき、可変光減衰器は、回動角度を検出するピエゾ素子１０８を備え、支点１０６を中心として回動自在な反射面１１０の角度を変えることで反射面１１０への入射角を変更している。これにより、可変光減衰器は、反射光のレンズ１０４への入射位置、従って出力ウェーブガイド１１２への入射位置をずらし、出力ウェーブガイド１１２へ入射する光量を減衰させている。このため、可変光減衰器は、レンズ１０４によって光ビームを反射面１１０に結像させる必要があり、ファイバキャピラリ１００とレンズ１０４とを反射面に対して高精度に位置決めしなければならず、高い製造技術が必要とされるという問題があった。
【０００５】
また、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した微小アクチュエータで平面鏡などの構造物を駆動する場合、前記構造物の駆動距離や駆動角度が小さいため、光ビームをスキャンできる距離や角度が小さく、光部品設計上の自由度が小さいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型で製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きく、効率良く所望の光量に減衰することができる光減衰器及び光部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる可変光減衰器は、シリコン基板を微細加工して製造され、入射光を減衰させて出射可能な光減衰器であって、光ファイバコリメータを備える入射光導波路と、光ファイバコリメータを備える出射光導波路と、前記入射光導波路の出射口の近くに配置され、前記入射光導波路からの入射光を入射角４５度で直接受光する反射部及びその反射光をさらに入射角４５度で受光して反射する反射部の２つの反射部を有する第１の反射板と、前記出射光導波路の入射口の近くに配置され、前記第１の反射板からの反射光を反射して、該反射光を前記出射光導波路に直接照射する少なくとも一つの第２の反射板を備える反射体と、マイクロアクチュエータにより、前記第１の反射板を光軸に対して垂直方向に移動させる第１の駆動部と、マイクロアクチュエータにより、前記第２の反射板の少なくとも一つの角度を変化させる第２の駆動部とを備える駆動手段と、 前記駆動手段により前記第１の反射板及び第２の反射板を駆動することにより、前記第２の反射板からの反射光をその中心軸が前記出射光導波路の前記入射口からずれるような偏心位置に移動させることにより、出射光を減衰させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、第１反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に移動させ、第２反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かすことで、複数枚の反射板の移動距離および角度変化が少なくても減衰量を大きく変化させることができる。
【０００９】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項２の発明にかかる光部品は、請求項１に記載の可変減衰器が多数配列されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、１個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いを可能としている。
【００１１】
また、上述した課題を解決し目的を達成するため、請求項３の発明にかかる光部品は、請求項２に記載の光部品が複数積層されていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明にかかる光ビームスキャン装置および光部品の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。図１（ａ）は光ビームスキャン装置の平面図で、図１（ｂ）は光ビームスキャン装置の右側面である。また、図２は、図１の固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体を拡大した拡大平面図である。この実施の形態１にかかる光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９が固定される固定溝２ａ及び光ビームが通過する光路溝２ｂがシリコン基板２に形成され、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。
【００１８】
光ビームスキャン装置１は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に対して固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体が後述するマイクロマシン加工技術によって形成され、シリコン基板２の下面には図示しない絶縁基板が貼付されている。
【００１９】
シリコン基板２は、略中央にアーム７を配置する挿通路２ｃ（図２参照）が形成され、図１に示すように、表面にはボンディングパッド２ｄ〜２ｆが形成されている。また、シリコン基板２は、固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体間に、構造体相互を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇが多数形成されている。
【００２０】
固定電極３は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に形成した挿通路２ｃの両側に微細なピッチの櫛歯３ａが多数形成されている。可動電極４は、固定電極３と対向配置されて弾性梁５，６と共に静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを構成し、多数の櫛歯３ａと噛み合う多数の櫛歯４ｂが支持梁４ａに形成されている。そして、固定電極３に形成された左右の櫛歯３ａは、シリコン基板２の表面に形成されたボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースされ、可動電極４には、ボンディングパッド２ｆを介して電圧が印加される。従って、可動電極４は、電圧の印加と解除により、図２に矢印で示すように、多数の櫛歯４ｂが多数の櫛歯３ａと噛み合う方向に沿って固定電極３に対し離接作動する。
【００２１】
弾性梁５，６は、可動電極４の左右近傍に配置され、図２に示すように、複数個所で折曲されて一端が可動電極４に、他端がシリコン基板２に、それぞれ連結され、可動電極４を浮動状態に支持している。アーム７は、一端が可動電極４の中央に連結される梁で、挿通路２ｃを通って延出した他端に反射体８が設けられている。このとき、アーム７は、挿通路２ｃに沿って移動可能なように、シリコン基板２に対して浮動状態で連結されている。
【００２２】
反射体８は、９０度の交差角に設定された２枚の反射板８ａ，８ｂを有している。反射板８ａ，８ｂは、光ファイバコリメータ９を通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。反射板８ａ，８ｂは、光路溝２ｂに対向する面に反射膜となる金，アルミニウム等の金属膜が形成されている。光ファイバコリメータ９は、ＳＭファイバの先端にＧＩファイバを融着接続したもので、固定溝２ａにエポキシ系接着剤によって接着され、伝搬する光ビームがコリメートされる。
【００２３】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、半導体微細加工技術によって製造され、製造方法の一例を以下に説明する。図３は、光ビームスキャン装置１の製造工程を説明する模式的断面図である。
【００２４】
先ず、異方性エッチングによってシリコン基板の表面に固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝を形成する。このとき、シリコン基板は、面方位が（１００）で、光ビームスキャン装置１のシリコン基板２を複数切り出せる大きさのものを使用する。面方位が（１００）のシリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、表面に対して５４．７°傾斜した（１１１）面に沿ってエッチングが進行し、断面形状がＶ字型の固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝が形成される。
【００２５】
次に、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦLであって、上面ＦＵ側に形成される可動電極４などの構造体に対向する面以外の領域にレジスト１１を形成する。レジスト１１は、後述する凹部１２を形成する際のエッチングに耐性を有する材料を使用する。
【００２６】
次いで、下面ＦLに露出したシリコンを、上面ＦU側に形成される構造体の厚み分を残して下方からエッチングし、図３（ｂ）に示すように、凹部１２を形成する。レジスト１１は、凹部１２を形成した後、除去する。
【００２７】
その後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦLに、表面に酸化膜が形成されたシリコン基板からなる絶縁基板１９を貼付する。さらに、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板２の上面ＦUに構造体に対応したレジスト１３を形成する。
【００２８】
そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト１３によってマスキングされた以外の領域に露出したシリコンを、深異方性の反応性イオンエッチング法による乾式エッチングでシリコン基板２を貫通するまで深さ方向にエッチングする。これにより、シリコン基板２には、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体が形成される。このとき、反射部１４、電極部１５あるいは梁部１６間の隙間が構造体相互間を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇ（図１，２参照）となる。
【００２９】
次に、図３（ｆ）に示すように、構造体表面とシリコン基板２の表面に金属膜を形成する。ここで、シリコン基板２表面の金属膜は、固定電極３や可動電極４の櫛歯３ａ，４ｂに電圧を印加するボンディングパッド２ｄ〜２ｆなどのパッド部１７として機能する。また、構造体表面の金属膜は、反射体８における反射板８ａ，８ｂのミラー膜１８として機能する。
【００３０】
その後、シリコン基板上に形成された複数の光ビームスキャン装置１を、ダイシングによって個々に切り出し、図３（ｇ）に示す光ビームスキャン装置１が製造される。このとき、図示のように、反射部１４、電極部１５の可動電極４及び弾性梁５，６などの梁部１６は、絶縁基板１９から浮いた状態にある。
【００３１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に受光装置を配置して使用される。光ビームスキャン装置１は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９から光ビームが入射すると、図１，４に実線で示すように、反射板８ａで光ビームを反射して９０度進行方向を変更させた後、再度反射板８ｂで光ビームを反射して進行方向を９０度変更させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置された前記受光装置に入射する。
【００３２】
そして、光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームをスキャンする場合、固定電極３における左右の櫛歯３ａをボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。すると、光ビームスキャン装置１は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、可動電極４が弾性梁５，６を変形させて図１において下方へと移動する。
【００３３】
これにより、光ビームスキャン装置１においては、反射体８の２枚の反射板８ａ，８ｂが、図４に示すように、実線で示す位置から点線で示す位置へ距離ΔＬだけ平行に移動される。この結果、光ファイバコリメータ９から出射された光ビームは、２枚の反射板８ａ，８ｂによって１点鎖線で示す経路を通って反射され、光路溝２ｂへと出射されてゆく。このとき、可動電極４の移動によって反射板８ａ，８ｂが距離ΔＬだけ移動すると、光ビームは、図４に示すように、距離ΔＬの２倍である距離２ΔＬだけ光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００３４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、光ビームスキャン装置１においては、可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって固定電極３から引き離され、図１及び図４に実線で示す元の位置に復帰する。
【００３５】
光ビームスキャン装置１は、以上のようにして可動電極４への電圧の印加あるいは解除により可動電極４、従って反射板８ａ，８ｂを移動させ、光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンする。ここで、光ビームスキャン装置１は、可動電極４へ印加する電圧の大きさを設計仕様の範囲内で変更することで、光ビームをスキャンする量を適宜変更することができる。
【００３６】
以上のように、光ビームスキャン装置１は、固定電極３、可動電極４及び弾性梁５，６を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータによって光ビームをスキャンしたい距離の半分だけ反射体８を移動させるだけでよい。このため、光ビームスキャン装置１は、小型にもかかわらず、光ビームをスキャンできる距離が大きく、光ファイバコリメータ９を固定溝２ａに固定するだけで、光ファイバコリメータ９を反射体８に対して高精度に位置決めする必要がない。従って、光ビームスキャン装置１は、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きいという利点を有している。
【００３７】
ここで、光ビームスキャン装置１は、図５に示すように、光路溝２ｂに変えて固定溝２ｈをシリコン基板２に固定溝２ａと平行に形成し、固定溝２ｈに光ファイバコリメータ９（出射光導波路）を固定することで可変光減衰器とすることができる。すなわち、固定溝２ａ、２ｈに光ファイバコリメータ９（入射光導波路及び出射光導波路）を固定した可変光減衰器１は、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９（入射光導波路）によって伝送されてきた光ビームを２枚の反射板８ａ、８ｂで反射して固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９（出射光導波路）へと出射する。従って、可変光減衰器１は、反射体８の移動距離に応じて、固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９（出射光導波路）へと出射する光ビームの光量を変化させることができ、可変光減衰器として機能する。このとき、可変光減衰器１は、光ビームを大きく減衰させるには反射体８を光軸に垂直な方向へ大きく移動させる必要があるが、反射体８は光ビームを最終移動目標距離の半分だけ移動させればよい。このため、可変光減衰器は、小型でありながら効率よく光ビームを所望の光量に減衰させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを１組用いていたのに対し、この実施の形態２では４組用いている。
【００３９】
図６は、この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置２０の構成を示す平面図である。また、図７は、図６の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。なお、図６〜図２１に示す各実施の形態における光ビームスキャン装置及び光部品は光ビームスキャン装置１と同じ半導体微細加工技術によって製造され、光ビームスキャン装置１と同一構成部分には同一符号を付している。
【００４０】
この実施の形態２にかかる光ビームスキャン装置２０は、図６に示すように、上下方向に配置されるアーム７の両側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の中央左側に設けられている。そして、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する２つの固定電極３は、図６及び図７に示すように、内側に２つの可動電極４を配置している。また、２つの可動電極４は、両可動電極４間に一端が連結された弾性梁２１を介してシリコン基板２と連結され、各弾性梁２１によって浮動状態に支持されている。反射体８は、アーム７との間に設けられた複数の支持板８ｃによって反射板８ａ，８ｂが補強支持されている。
【００４１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置２０は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。そして、光ビームスキャン装置２０は、光ファイバコリメータ９から光ビームを入射すると、反射板８ａ，８ｂで光ビームを順次反射して進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置した前記受光装置に入射する。
【００４２】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。同時に、光ビームスキャン装置２０は、図６において、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。
【００４３】
これにより、光ビームスキャン装置２０は、上下各組の櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図６において上方へ移動する。
【００４４】
この結果、光ビームスキャン装置２０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームが２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射され、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００４５】
ここで、光ビームスキャン装置２０は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を下方へ移動させることもできる。また、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースする。また、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅに電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、光ビームスキャン装置２０は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることで、図６において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００４６】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、電圧の印加を解除する。すると、光ビームスキャン装置２０においては、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図６において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、光ビームスキャン装置２０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００４７】
以上のように、光ビームスキャン装置２０は、光ビームスキャン装置１の効果に加えて、２組の櫛歯マイクロアクチュエータによる大きな駆動力で反射体８を移動させることができる。しかも、光ビームスキャン装置２０は、アーム７の両端側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータを対称に配置したので、アーム７、従って、反射体８を両方向に円滑に移動させることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
次に、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１，２では２枚の反射板を入射光の光軸に垂直な方向へ同時に移動するようにしていたが、この実施の形態３では、２枚の反射板を入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動くようにした光ビームスキャン装置を可変光減衰器としたものである。
【００４９】
図８は、この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。図９は、図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１０は、図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１１は、入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【００５０】
可変減衰器２５は、図８に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ（入射光導波路）、９ｂ（出射光導波路）が固定され、シリコン基板２の長手方向に配置されるアーム７の両端にそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが直交する方向に配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する可動電極４は、図９に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、反射板２６、２７は、図９に示すように、基端が弾性梁５，６にそれぞれ連結された支持梁２６ａ、２７ａの先端に設けられている。反射板２６、２７は、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００５１】
以上のように構成される可変光減衰器２５は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ファイバコリメータ９ａの光軸に対して±４５度に傾斜させた反射板２６，２７が光ビームを反射し、図１１に実線で示すように、光ビームの進行方向を９０度ずつ変化させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００５２】
そして、光ビームをスキャンする場合、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３をボンディングパッド２ｄを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器２５は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７が図８，９において右方へ移動する。このため、可変光減衰器２５は、弾性梁５，６が右方へ引き伸ばされ、例えば、弾性梁５が図１０に示すように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁２６ａが下方へ、支持梁２７ａが上方へ、それぞれ僅かに変位し、反射板２６，２７が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さい、例えば、±４４度程度となる。
【００５３】
これにより、図１１に示すように、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７によって図１１に１点鎖線で示すように反射される。この結果、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７の角度変化量をθとすると、反射板２６，２７の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器２５は、小型でありながら反射板２６，２７の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。但し、図１１は、反射板２６，２７の角度変化を誇張して描いてあり、反射板２６，２７の角度変化量はθ＝１度程度である。このため、可変光減衰器２５においては、反射板２６で反射した光ビームは、実際には４θ＝４度程度出射角度がスキャンされ、入射光に略平行する方向に進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００５４】
ここで、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３にボンディングパッド２ｄを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板２６，２７の角度を変化させることができる。
【００５５】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すれば、可変光減衰器２５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によってアーム７と共に図８において左方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器２５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００５６】
このように、可変光減衰器２５は、櫛歯マイクロアクチュエータによって反射板２６，２７のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂと反射板２６，２７とを高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００５７】
（実施の形態４）
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４の可変光減衰器は、２枚の反射板を同時に駆動する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを横向きに配置したものである。
【００５８】
図１２は、この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。図１３は、図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１４は、図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１５は、図１２の可変光減衰器を複数並べたアレイ型可変光減衰器の平面図である。
【００５９】
可変光減衰器３０は、図１２に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂが固定され、シリコン基板２の長手方向に沿ってそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３がシリコン基板２の幅方向外側に、可動電極４が幅方向内側に、それぞれ配置されている。各可動電極４は、図１２に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、２つの反射板３１は、基端が弾性梁５にそれぞれ連結された支持梁３１ａの先端に設けられ、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００６０】
以上のように構成される可変光減衰器３０は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度に傾斜させた２つの反射板３１によって光ビームを反射し、図１２に実線で示すように、進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００６１】
そして、可変光減衰器３０は、図１２において、固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器３０は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、弾性梁５，６が上方へ引き伸ばされる。これにより、弾性梁５，６、例えば、弾性梁５は、図１４に示すように反射板３１側が広がるように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁３１ａが僅かに変位し、反射板３１が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さくなる。
【００６２】
このように、可変光減衰器３０においては、実施の形態３である可変光減衰器２５と同様に、光ファイバコリメータ９ａから導入された光ビームは、反射板３１の角度変化量をθとすると、反射板３１の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器３０は、小型でありながら反射板３１の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。
【００６３】
ここで、可変光減衰器３０は、図１２に示すボンディングパッド２ｄに電圧を印加し、ボンディングパッド２ｆをアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板３１の角度を変化させることができる。
【００６４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、可変光減衰器３０は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって図１２において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器３０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００６５】
以上のように、可変光減衰器３０は、櫛歯マイクロアクチュエータによって２つの反射板３１のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを反射板３１に対して高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００６６】
ここで、可変光減衰器３０は、図１５に示すように、シリコン基板２に２５０μｍ間隔で多数（偶数）平行に形成した固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定すると共に、多数配列してアレイ型可変光減衰器モジュール３３としてもよい。このとき、多数の固定電極３は、フレキシブル基板と半田で固定し、共通のグランド端子と接続しておく。また、ボンディングパッドは、ボンディングパッド２ｄとボンディングパッド２ｆを交互に形成する。多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａの間隔が２５０μｍなので、複数の光ファイバをテープ状に成形した光ファイバテープを個々の光ファイバに分離して利用することができる。また、多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａに配置後、図示しないガラス板をシリコン基板２上に接着して固定する。可変光減衰器３０をこのようにアレイ化すると、１個のモジュールで多数チャンネルの光線路を取り扱うことができる。
【００６７】
（実施の形態５）
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５の可変光減衰器は、図１５に示すアレイ型可変光減衰器モジュール３３を複数積層したものである。
【００６８】
図１６は、この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図で、アレイ型可変光減衰器モジュール３３は、上に行くほど前後方向におけるチップサイズを小さくすることで、ボンディングパッド２ｄ，２ｆの位置が上下の可変光減衰器モジュール３３相互間で重ならないようにしている。そして、最上部のアレイ型可変光減衰器モジュール３３は、ガラス板３４をシリコン基板の上に接着して多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定溝２ａに固定している。このようにして可変光減衰器モジュール３３を複数積層すると、図１５に示す可変光減衰器３０を多数アレイ化したものに比べ、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことができる。
【００６９】
（実施の形態６）
次に、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６の可変光減衰器は、２枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで、１枚の反射板を電磁石アクチュエータで、それぞれ同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせると共に、角度方向にスキャンさせるものである。実施の形態１〜５においては、入射した光ビームの進行方向を１８０度変化させたが、この実施の形態６では入射した光ビームの進行方向を９０度変化させる。
【００７０】
図１７は、この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。また、図１８は、図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって光軸に対して垂直な方向に入射光を平行してスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。なお、図１７〜図２０に示す各実施の形態における可変光減衰器は、光ビームスキャン装置１，２０と同一構成部分には同一符号を付している。
【００７１】
可変光減衰器３５は、上下方向に配置されるアーム７の一端側に２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の他端に設けられている。２組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３を可動電極４に対向させて、２つの固定電極３の間に２つの可動電極４が配置されている。また、反射体８と対向する位置には、光ファイバコリメータ９の光軸に対して４５度傾斜配置した反射板３６がシリコン基板２にカンチレバー状に形成した支持梁３６ａによって支持され、支持梁３６ａと隣接する位置にはコイル体３７が設けられている。支持梁３６ａには、永久磁石の薄膜を形成した突起３６ｂが形成されている。
【００７２】
コイル体３７は、下側に鉄−ニッケルからなるコアが形成され、通電によって電磁石となり、突起３６ｂを電磁的に吸引する。これにより、支持梁３６ａが、シリコン基板２との連結点を支点として図１７において上下に揺動し、反射板３６の角度が僅かに変化する。コイル体３７は、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体と共に半導体微細加工技術を利用して形成される。
【００７３】
以上のように構成される可変光減衰器３５においては、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９から光ビームを導入すると、光ビームは、図１８に実線で示すように、反射板８ａ，８ｂで順次反射されて進行方向が９０度ずつ変更され、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられた後、反射板３６で反射されて進行方向が９０度変更され、光路溝２ｂへと出射される。
【００７４】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合には、可変光減衰器３５は、図１７において、２組の櫛歯マイクロアクチュエータの固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これと並行してコイル体３７に通電する。
【００７５】
すると、可変光減衰器３５は、櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図１７において下方へ移動する。また、コイル体３７への通電により、反射体８の移動と同時に、突起３６ｂが電磁的に吸引されて支持梁３６ａがコイル体３７側へと撓み、反射板３６が反時計方向へ僅かに傾く。
【００７６】
これにより、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図１８に１点鎖線で示すように、２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射された後、反射板３６で反射される。従って、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされる共に、反射板３６の傾斜角度の２倍だけ角度方向にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００７７】
このとき、可変光減衰器３５は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を上方へ移動させることもできる。また、可変光減衰器３５は、図１７において、固定電極３にボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、可変光減衰器３５は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることにより、図１７において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００７８】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、ボンディングパッドへの電圧の印加と、コイル体３７への通電を解除すれば、可変光減衰器３５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図１７において上方へ移動し、元の位置に復帰する。また、突起３６ｂのコイル体３７への吸引解除により、支持梁３６ａが反射板３６と共に元の位置へ復帰する。これにより、可変光減衰器３５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００７９】
このように、可変光減衰器３５は、光ビームを光軸に垂直な方向と角度方向の双方にスキャンさせることができるので、光ビームを複雑にスキャンさせることが可能となり、利用上の自由度が増す。しかも、電磁石アクチュエータであるコイル体３７は、固定電極３と可動電極４とを有する櫛歯マイクロアクチュエータよりも小型なので、配置上の自由度が高い。
【００８０】
（実施の形態７）
次に、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７の可変光減衰器は、４枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせる可変光減衰器としたものである。実施の形態１〜６においては、入射した光ビームを９０度あるいは１８０度進行方向を変化させたが、この実施の形態７では入射した光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンさせるだけで、進行方向を変化させることなく出射している。図１９は、この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。また、図２０は、図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【００８１】
可変光減衰器４０は、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを備えた２つの反射体８が対向配置されている。このため、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、２つの反射体８によって図２０に実線で示すように反射して光路溝２ｂへ出射される。そして、可変光減衰器４０は、例えば、ボンディングパッド２ｄ〜２ｊを適宜にアースしたり、電圧を印加したりすることにより、上側の反射体８を上方へ、下側の反射体８を下方へ移動させる。すると、可変光減衰器４０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図２０に１点鎖線で示すように反射し、反射体８が移動した距離の４倍まで光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされる。
【００８２】
ここで、可変光減衰器４０は、図２１に示すように、各反射体８から反射板８ｂを削除し、反射板８ａのみとしてもよい。可変光減衰器４０は、このように構成すると、２枚の反射板８ａが平行に配置され、図１９との比較から明らかなように、光ビームのスキャン量が小さくてもよい場合に対応することができる。
【００８３】
なお、実施の形態１〜７に記載した光ビームスキャン装置や可変光減衰器では、複数枚の反射板を動かす駆動手段として静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータや電磁石アクチュエータを使用した。しかし、本発明の光ビームスキャン装置においては、シリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳであれば、キャパシタプレートやスクラッチドライブアクチュエータ（ＳＤＡ）を使用することができる。
【００８４】
ここで、キャパシタプレートは、ばねによってシリコン基板と対向させて支持され、レバーアームの一端が連結されている。レバーアームは、中間に支点があり、他端は金を被覆したシャッターが設けられ、光ファイバ光路を遮っている。このキャパシタプレートは、シリコン基板との間への電圧のオン，オフにより、シリコン基板に対して離接作動するアクチュエータとなる。このため、前記レバーアームが、支点を中心として回動し、シャッターが光ファイバ光路を遮ることで全体として光スイッチとして機能する（例えば、IEEE ournal of selected topics in quantum electronics, Vol. 5, No. 1, January/February 1999, pp. 18-25 参照）。
【００８５】
一方、ＳＤＡは、ポリシリコン製の板と短片状のブッシングとを有する側面視Ｌ字形の板である。このＳＤＡは、表面に絶縁フィルムが形成されたシリコン基板上に載置し、シリコン基板との間に双極性矩形パルスを印加すると、ポリシリコン製の板の部分がシリコン基板に離接し、ステップモーションと呼ばれる動作を繰り返しながらシリコン基板を移動してゆくアクチュエータである（例えば、Proceedings IEEE Microelectromech. Syst. Amsterdam the Netherlands, Feb., 1995, pp. 310-315参照）。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から３の発明によれば、複数枚の反射鏡を入射光の光軸と直交する方向に動かしたり、入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動かしたりするので、反射板の僅かな動きであっても、光ビームを光軸に垂直な方向や角度方向に大きく動かすことができる可変光減衰器または光部品を製造することができる。また、半導体微細加工技術によって製造するので、小型で、光ビームを移動可能な距離や角度が大きく、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きい可変光減衰器や光部品を製造することができるという効果を奏する。また、複数の反射板を互いに平行に配置する等により、入射光の進行方向に対して平行に出射する等、種々の設計変更が可能になるという効果を有する。
【００８７】
また、請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変光減衰器が多数配列されているので、一個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いが可能になるという効果を奏する。
【００８８】
また、請求項５の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光部品が複数積層されているので、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。
【図２】 図１の固定電極、可動電極、弾性梁アーム及び反射体などの構造体を拡大すると共に弾性梁の中間部分を省略した拡大平面図である。
【図３】 図１に示す光ビームスキャン装置の製造方法の一例を製造工程に従って説明する模式的断面図である。
【図４】 図１に示す光ビームスキャン装置における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図５】 図１の光ビームスキャン装置を利用した可変光減衰器の構成を示す平面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置の構成を示す平面図である。
【図７】 図６の光ビームスキャン装置の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。
【図８】 この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。
【図９】 図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１０】 図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１１】 入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。
【図１３】 図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１４】 図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１５】 入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１６】 この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図である。
【図１７】 この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。
【図１８】 図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって入射光を光軸に垂直な方向へ平行にスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。
【図１９】 この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。
【図２０】 図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図２１】 図１９に示す可変光減衰器の変形例を示す平面図である。
【図２２】 従来の可変光減衰器の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２０ 光ビームスキャン装置
２ シリコン基板
２ａ，２ｈ 固定溝
２ｂ 光路溝
２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊ ボンディングパッド
２ｇ 絶縁隙間
３ 固定電極
３ａ 櫛歯
４ 可動電極
４ｂ 櫛歯
５，６，２１ 弾性梁
７ アーム
８ 反射体
８ａ，８ｂ 反射板
９ 光ファイバコリメータ
９ａ，９ｂ 光ファイバコリメータ
１１ レジスト
１２ 凹部
１３ レジスト
１４ 反射部
１５ 電極部
１６ 梁部
１７ パッド部
１８ ミラー膜
１９ 絶縁基板
２５，３０，３５，４０ 可変光減衰器
２６，２７，３１，３６ 反射板
２６ａ，２７ａ，３１ａ，３６ａ 支持梁
３３ 可変光減衰器モジュール
３６ｂ 突起
３７ コイル体
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信に用いられる光部品の小型化に必要な可変光減衰装置及び光部品に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、小型化を目的にシリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）として、例えば、平面鏡の角度を変化させることで入射した光ビームの反射方向を変化させる１×８光スイッチ（例えば、IEEE Journal of selected topics in quantum electronics, Vol. 5, No. 1, January/February 1999, pp. 26-32）や、入・出射ウエーブガイドとレンズとを有するコリメータを備えた可変光減衰器（例えば、USP No. 6,137,941）が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記１×８光スイッチは、マイクロモータによって回転される平面鏡の周囲に複数の出力ファイバを放射状に配置し、入力ファイバから導入された光ビームを、平面鏡の角度を変化させることによって角度方向にスキャンさせて反射させ、所望の出力ファイバに出力するものである。このため、上記１×８光スイッチは、光ビームを角度方向にスキャンさせることはできるが、マイクロモータの回転が間欠的なため、光ビームを角度方向に連続的にスキャンさせることができないと共に、光軸に垂直な方向に光ビームを平行してスキャンさせることができない。従って、上記１×８光スイッチは、光軸に垂直な方向に平行して光ビームをスキャンさせる光部品への応用に制限があった。
【０００４】
一方、上述した可変光減衰器は、図２２に示すように、ファイバキャピラリ１００に設けられた入力ウェーブガイド１０２から入射した光をレンズ１０４を介して反射面１１０で反射させ、再度レンズ１０４を通して入射光と平行な出力ウェーブガイド１１２に入射させている。このとき、可変光減衰器は、回動角度を検出するピエゾ素子１０８を備え、支点１０６を中心として回動自在な反射面１１０の角度を変えることで反射面１１０への入射角を変更している。これにより、可変光減衰器は、反射光のレンズ１０４への入射位置、従って出力ウェーブガイド１１２への入射位置をずらし、出力ウェーブガイド１１２へ入射する光量を減衰させている。このため、可変光減衰器は、レンズ１０４によって光ビームを反射面１１０に結像させる必要があり、ファイバキャピラリ１００とレンズ１０４とを反射面に対して高精度に位置決めしなければならず、高い製造技術が必要とされるという問題があった。
【０００５】
また、ＭＥＭＳ技術を用いて作製した微小アクチュエータで平面鏡などの構造物を駆動する場合、前記構造物の駆動距離や駆動角度が小さいため、光ビームをスキャンできる距離や角度が小さく、光部品設計上の自由度が小さいという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、小型で製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きく、効率良く所望の光量に減衰することができる光減衰器及び光部品を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかる可変光減衰器は、シリコン基板を微細加工して製造され、入射光を減衰させて出射可能な光減衰器であって、光ファイバコリメータを備える入射光導波路と、光ファイバコリメータを備える出射光導波路と、前記入射光導波路の出射口の近くに配置され、前記入射光導波路からの入射光を入射角４５度で直接受光する反射部及びその反射光をさらに入射角４５度で受光して反射する反射部の２つの反射部を有する第１の反射板と、前記出射光導波路の入射口の近くに配置され、前記第１の反射板からの反射光を反射して、該反射光を前記出射光導波路に直接照射する少なくとも一つの第２の反射板を備える反射体と、マイクロアクチュエータにより、前記第１の反射板を光軸に対して垂直方向に移動させる第１の駆動部と、マイクロアクチュエータにより、前記第２の反射板の少なくとも一つの角度を変化させる第２の駆動部とを備える駆動手段と、 前記駆動手段により前記第１の反射板及び第２の反射板を駆動することにより、前記第２の反射板からの反射光をその中心軸が前記出射光導波路の前記入射口からずれるような偏心位置に移動させることにより、出射光を減衰させることを特徴とする。
【０００８】
請求項１の発明によれば、第１反射板を前記入射光の光軸に対して直交する方向に移動させ、第２反射板を前記入射光の光軸方向に対する角度が変化する方向に動かすことで、複数枚の反射板の移動距離および角度変化が少なくても減衰量を大きく変化させることができる。
【０００９】
また、上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項２の発明にかかる光部品は、請求項１に記載の可変減衰器が多数配列されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明によれば、１個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いを可能としている。
【００１１】
また、上述した課題を解決し目的を達成するため、請求項３の発明にかかる光部品は、請求項２に記載の光部品が複数積層されていることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明にかかる光ビームスキャン装置および光部品の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
まず、この発明の実施の形態１について説明する。図１は、この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。図１（ａ）は光ビームスキャン装置の平面図で、図１（ｂ）は光ビームスキャン装置の右側面である。また、図２は、図１の固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体を拡大した拡大平面図である。この実施の形態１にかかる光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９が固定される固定溝２ａ及び光ビームが通過する光路溝２ｂがシリコン基板２に形成され、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。
【００１８】
光ビームスキャン装置１は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に対して固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体が後述するマイクロマシン加工技術によって形成され、シリコン基板２の下面には図示しない絶縁基板が貼付されている。
【００１９】
シリコン基板２は、略中央にアーム７を配置する挿通路２ｃ（図２参照）が形成され、図１に示すように、表面にはボンディングパッド２ｄ〜２ｆが形成されている。また、シリコン基板２は、固定電極３、可動電極４、弾性梁５，６、アーム７及び反射体８などの構造体間に、構造体相互を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇが多数形成されている。
【００２０】
固定電極３は、図１及び図２に示すように、シリコン基板２に形成した挿通路２ｃの両側に微細なピッチの櫛歯３ａが多数形成されている。可動電極４は、固定電極３と対向配置されて弾性梁５，６と共に静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを構成し、多数の櫛歯３ａと噛み合う多数の櫛歯４ｂが支持梁４ａに形成されている。そして、固定電極３に形成された左右の櫛歯３ａは、シリコン基板２の表面に形成されたボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースされ、可動電極４には、ボンディングパッド２ｆを介して電圧が印加される。従って、可動電極４は、電圧の印加と解除により、図２に矢印で示すように、多数の櫛歯４ｂが多数の櫛歯３ａと噛み合う方向に沿って固定電極３に対し離接作動する。
【００２１】
弾性梁５，６は、可動電極４の左右近傍に配置され、図２に示すように、複数個所で折曲されて一端が可動電極４に、他端がシリコン基板２に、それぞれ連結され、可動電極４を浮動状態に支持している。アーム７は、一端が可動電極４の中央に連結される梁で、挿通路２ｃを通って延出した他端に反射体８が設けられている。このとき、アーム７は、挿通路２ｃに沿って移動可能なように、シリコン基板２に対して浮動状態で連結されている。
【００２２】
反射体８は、９０度の交差角に設定された２枚の反射板８ａ，８ｂを有している。反射板８ａ，８ｂは、光ファイバコリメータ９を通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。反射板８ａ，８ｂは、光路溝２ｂに対向する面に反射膜となる金，アルミニウム等の金属膜が形成されている。光ファイバコリメータ９は、ＳＭファイバの先端にＧＩファイバを融着接続したもので、固定溝２ａにエポキシ系接着剤によって接着され、伝搬する光ビームがコリメートされる。
【００２３】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、半導体微細加工技術によって製造され、製造方法の一例を以下に説明する。図３は、光ビームスキャン装置１の製造工程を説明する模式的断面図である。
【００２４】
先ず、異方性エッチングによってシリコン基板の表面に固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝を形成する。このとき、シリコン基板は、面方位が（１００）で、光ビームスキャン装置１のシリコン基板２を複数切り出せる大きさのものを使用する。面方位が（１００）のシリコン基板に異方性エッチングを施すことにより、表面に対して５４．７°傾斜した（１１１）面に沿ってエッチングが進行し、断面形状がＶ字型の固定溝２ａや光路溝２ｂなどに相当するＶ溝が形成される。
【００２５】
次に、図３（ａ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦLであって、上面ＦＵ側に形成される可動電極４などの構造体に対向する面以外の領域にレジスト１１を形成する。レジスト１１は、後述する凹部１２を形成する際のエッチングに耐性を有する材料を使用する。
【００２６】
次いで、下面ＦLに露出したシリコンを、上面ＦU側に形成される構造体の厚み分を残して下方からエッチングし、図３（ｂ）に示すように、凹部１２を形成する。レジスト１１は、凹部１２を形成した後、除去する。
【００２７】
その後、図３（ｃ）に示すように、シリコン基板２の下面ＦLに、表面に酸化膜が形成されたシリコン基板からなる絶縁基板１９を貼付する。さらに、図３（ｄ）に示すように、シリコン基板２の上面ＦUに構造体に対応したレジスト１３を形成する。
【００２８】
そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト１３によってマスキングされた以外の領域に露出したシリコンを、深異方性の反応性イオンエッチング法による乾式エッチングでシリコン基板２を貫通するまで深さ方向にエッチングする。これにより、シリコン基板２には、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体が形成される。このとき、反射部１４、電極部１５あるいは梁部１６間の隙間が構造体相互間を電気的に絶縁する絶縁隙間２ｇ（図１，２参照）となる。
【００２９】
次に、図３（ｆ）に示すように、構造体表面とシリコン基板２の表面に金属膜を形成する。ここで、シリコン基板２表面の金属膜は、固定電極３や可動電極４の櫛歯３ａ，４ｂに電圧を印加するボンディングパッド２ｄ〜２ｆなどのパッド部１７として機能する。また、構造体表面の金属膜は、反射体８における反射板８ａ，８ｂのミラー膜１８として機能する。
【００３０】
その後、シリコン基板上に形成された複数の光ビームスキャン装置１を、ダイシングによって個々に切り出し、図３（ｇ）に示す光ビームスキャン装置１が製造される。このとき、図示のように、反射部１４、電極部１５の可動電極４及び弾性梁５，６などの梁部１６は、絶縁基板１９から浮いた状態にある。
【００３１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置１は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に受光装置を配置して使用される。光ビームスキャン装置１は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９から光ビームが入射すると、図１，４に実線で示すように、反射板８ａで光ビームを反射して９０度進行方向を変更させた後、再度反射板８ｂで光ビームを反射して進行方向を９０度変更させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置された前記受光装置に入射する。
【００３２】
そして、光ビームスキャン装置１は、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームをスキャンする場合、固定電極３における左右の櫛歯３ａをボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。すると、光ビームスキャン装置１は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、可動電極４が弾性梁５，６を変形させて図１において下方へと移動する。
【００３３】
これにより、光ビームスキャン装置１においては、反射体８の２枚の反射板８ａ，８ｂが、図４に示すように、実線で示す位置から点線で示す位置へ距離ΔＬだけ平行に移動される。この結果、光ファイバコリメータ９から出射された光ビームは、２枚の反射板８ａ，８ｂによって１点鎖線で示す経路を通って反射され、光路溝２ｂへと出射されてゆく。このとき、可動電極４の移動によって反射板８ａ，８ｂが距離ΔＬだけ移動すると、光ビームは、図４に示すように、距離ΔＬの２倍である距離２ΔＬだけ光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００３４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、光ビームスキャン装置１においては、可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって固定電極３から引き離され、図１及び図４に実線で示す元の位置に復帰する。
【００３５】
光ビームスキャン装置１は、以上のようにして可動電極４への電圧の印加あるいは解除により可動電極４、従って反射板８ａ，８ｂを移動させ、光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンする。ここで、光ビームスキャン装置１は、可動電極４へ印加する電圧の大きさを設計仕様の範囲内で変更することで、光ビームをスキャンする量を適宜変更することができる。
【００３６】
以上のように、光ビームスキャン装置１は、固定電極３、可動電極４及び弾性梁５，６を有する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータによって光ビームをスキャンしたい距離の半分だけ反射体８を移動させるだけでよい。このため、光ビームスキャン装置１は、小型にもかかわらず、光ビームをスキャンできる距離が大きく、光ファイバコリメータ９を固定溝２ａに固定するだけで、光ファイバコリメータ９を反射体８に対して高精度に位置決めする必要がない。従って、光ビームスキャン装置１は、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きいという利点を有している。
【００３７】
ここで、光ビームスキャン装置１は、図５に示すように、光路溝２ｂに変えて固定溝２ｈをシリコン基板２に固定溝２ａと平行に形成し、固定溝２ｈに光ファイバコリメータ９（出射光導波路）を固定することで可変光減衰器とすることができる。すなわち、固定溝２ａ、２ｈに光ファイバコリメータ９（入射光導波路及び出射光導波路）を固定した可変光減衰器１は、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９（入射光導波路）によって伝送されてきた光ビームを２枚の反射板８ａ、８ｂで反射して固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９（出射光導波路）へと出射する。従って、可変光減衰器１は、反射体８の移動距離に応じて、固定溝２ｈに固定した光ファイバコリメータ９（出射光導波路）へと出射する光ビームの光量を変化させることができ、可変光減衰器として機能する。このとき、可変光減衰器１は、光ビームを大きく減衰させるには反射体８を光軸に垂直な方向へ大きく移動させる必要があるが、反射体８は光ビームを最終移動目標距離の半分だけ移動させればよい。このため、可変光減衰器は、小型でありながら効率よく光ビームを所望の光量に減衰させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
次に、この発明の実施の形態２について説明する。実施の形態１では、静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを１組用いていたのに対し、この実施の形態２では４組用いている。
【００３９】
図６は、この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置２０の構成を示す平面図である。また、図７は、図６の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。なお、図６〜図２１に示す各実施の形態における光ビームスキャン装置及び光部品は光ビームスキャン装置１と同じ半導体微細加工技術によって製造され、光ビームスキャン装置１と同一構成部分には同一符号を付している。
【００４０】
この実施の形態２にかかる光ビームスキャン装置２０は、図６に示すように、上下方向に配置されるアーム７の両側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の中央左側に設けられている。そして、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する２つの固定電極３は、図６及び図７に示すように、内側に２つの可動電極４を配置している。また、２つの可動電極４は、両可動電極４間に一端が連結された弾性梁２１を介してシリコン基板２と連結され、各弾性梁２１によって浮動状態に支持されている。反射体８は、アーム７との間に設けられた複数の支持板８ｃによって反射板８ａ，８ｂが補強支持されている。
【００４１】
以上のように構成される光ビームスキャン装置２０は、固定溝２ａに光ファイバコリメータ９を接着すると共に、光路溝２ｂの外端に図示しない受光装置を配置して使用される。そして、光ビームスキャン装置２０は、光ファイバコリメータ９から光ビームを入射すると、反射板８ａ，８ｂで光ビームを順次反射して進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられ、光路溝２ｂを通って外端に配置した前記受光装置に入射する。
【００４２】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。同時に、光ビームスキャン装置２０は、図６において、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。
【００４３】
これにより、光ビームスキャン装置２０は、上下各組の櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図６において上方へ移動する。
【００４４】
この結果、光ビームスキャン装置２０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームが２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射され、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００４５】
ここで、光ビームスキャン装置２０は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を下方へ移動させることもできる。また、光ビームスキャン装置２０は、図６において、上側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースする。また、下側に配置された２組の櫛歯マイクロアクチュエータの最も上側の固定電極３をシリコン基板２の上側のボンディングパッド２ｄ，２ｅに電圧を印加し、最も上側の固定電極３と対向する可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、光ビームスキャン装置２０は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることで、図６において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００４６】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、電圧の印加を解除する。すると、光ビームスキャン装置２０においては、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図６において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、光ビームスキャン装置２０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００４７】
以上のように、光ビームスキャン装置２０は、光ビームスキャン装置１の効果に加えて、２組の櫛歯マイクロアクチュエータによる大きな駆動力で反射体８を移動させることができる。しかも、光ビームスキャン装置２０は、アーム７の両端側にそれぞれ２組の櫛歯マイクロアクチュエータを対称に配置したので、アーム７、従って、反射体８を両方向に円滑に移動させることができる。
【００４８】
（実施の形態３）
次に、この発明の実施の形態３について説明する。実施の形態１，２では２枚の反射板を入射光の光軸に垂直な方向へ同時に移動するようにしていたが、この実施の形態３では、２枚の反射板を入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動くようにした光ビームスキャン装置を可変光減衰器としたものである。
【００４９】
図８は、この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。図９は、図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１０は、図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１１は、入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【００５０】
可変減衰器２５は、図８に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ（入射光導波路）、９ｂ（出射光導波路）が固定され、シリコン基板２の長手方向に配置されるアーム７の両端にそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが直交する方向に配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータを構成する可動電極４は、図９に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、反射板２６、２７は、図９に示すように、基端が弾性梁５，６にそれぞれ連結された支持梁２６ａ、２７ａの先端に設けられている。反射板２６、２７は、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００５１】
以上のように構成される可変光減衰器２５は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ファイバコリメータ９ａの光軸に対して±４５度に傾斜させた反射板２６，２７が光ビームを反射し、図１１に実線で示すように、光ビームの進行方向を９０度ずつ変化させる。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００５２】
そして、光ビームをスキャンする場合、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３をボンディングパッド２ｄを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器２５は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７が図８，９において右方へ移動する。このため、可変光減衰器２５は、弾性梁５，６が右方へ引き伸ばされ、例えば、弾性梁５が図１０に示すように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁２６ａが下方へ、支持梁２７ａが上方へ、それぞれ僅かに変位し、反射板２６，２７が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さい、例えば、±４４度程度となる。
【００５３】
これにより、図１１に示すように、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７によって図１１に１点鎖線で示すように反射される。この結果、光ファイバコリメータ９ａから入射した光ビームは、反射板２６，２７の角度変化量をθとすると、反射板２６，２７の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器２５は、小型でありながら反射板２６，２７の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。但し、図１１は、反射板２６，２７の角度変化を誇張して描いてあり、反射板２６，２７の角度変化量はθ＝１度程度である。このため、可変光減衰器２５においては、反射板２６で反射した光ビームは、実際には４θ＝４度程度出射角度がスキャンされ、入射光に略平行する方向に進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００５４】
ここで、可変光減衰器２５は、図８において、固定電極３にボンディングパッド２ｄを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板２６，２７の角度を変化させることができる。
【００５５】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すれば、可変光減衰器２５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によってアーム７と共に図８において左方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器２５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００５６】
このように、可変光減衰器２５は、櫛歯マイクロアクチュエータによって反射板２６，２７のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂと反射板２６，２７とを高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００５７】
（実施の形態４）
次に、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４の可変光減衰器は、２枚の反射板を同時に駆動する静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータを横向きに配置したものである。
【００５８】
図１２は、この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。図１３は、図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。図１４は、図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。また、図１５は、図１２の可変光減衰器を複数並べたアレイ型可変光減衰器の平面図である。
【００５９】
可変光減衰器３０は、図１２に示すように、シリコン基板２に平行に形成された２本の固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂが固定され、シリコン基板２の長手方向に沿ってそれぞれ１組の櫛歯マイクロアクチュエータが配置されている。各組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３がシリコン基板２の幅方向外側に、可動電極４が幅方向内側に、それぞれ配置されている。各可動電極４は、図１２に示すように、弾性梁５，６によってシリコン基板２と連結され、浮動状態に支持されている。一方、２つの反射板３１は、基端が弾性梁５にそれぞれ連結された支持梁３１ａの先端に設けられ、光ファイバコリメータ９ａを通って入射する光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度となるように傾斜配置されている。
【００６０】
以上のように構成される可変光減衰器３０は、可動電極４に電圧を印加しない状態においては、光ファイバコリメータ９ａから光ビームを導入すると、光ビームの光軸方向に対して±４５度の角度に傾斜させた２つの反射板３１によって光ビームを反射し、図１２に実線で示すように、進行方向を９０度ずつ変更する。この結果、光ビームは、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられて光ファイバコリメータ９ｂに入射する。
【００６１】
そして、可変光減衰器３０は、図１２において、固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これにより、可変光減衰器３０は、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、弾性梁５，６が上方へ引き伸ばされる。これにより、弾性梁５，６、例えば、弾性梁５は、図１４に示すように反射板３１側が広がるように変形する。弾性梁５，６の変形により、支持梁３１ａが僅かに変位し、反射板３１が光ファイバコリメータ９ａの光軸に対してなす角が±４５度よりも僅かに小さくなる。
【００６２】
このように、可変光減衰器３０においては、実施の形態３である可変光減衰器２５と同様に、光ファイバコリメータ９ａから導入された光ビームは、反射板３１の角度変化量をθとすると、反射板３１の角度が変化しない場合の出射方向に対して４θだけ角度がスキャンされて出射される。即ち、可変光減衰器３０は、小型でありながら反射板３１の僅かな角度変化に対し、光ビームの出射方向を角度変化量の４倍に増大して角度方向にスキャンしている。
【００６３】
ここで、可変光減衰器３０は、図１２に示すボンディングパッド２ｄに電圧を印加し、ボンディングパッド２ｆをアースしても、可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、反射板３１の角度を変化させることができる。
【００６４】
一方、ボンディングパッド２ｆへの電圧の印加を解除すると、可変光減衰器３０は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁５，６の復元力によって図１２において下方へ移動し、元の位置に復帰する。これにより、可変光減衰器３０においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００６５】
以上のように、可変光減衰器３０は、櫛歯マイクロアクチュエータによって２つの反射板３１のなす角度を変えることで、小型で、光ビームをスキャンできる角度が大きくなり、光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを反射板３１に対して高精度に位置決めする必要がないので、製造が容易で、光部品設計上の自由度も大きいという効果を奏する。
【００６６】
ここで、可変光減衰器３０は、図１５に示すように、シリコン基板２に２５０μｍ間隔で多数（偶数）平行に形成した固定溝２ａに光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定すると共に、多数配列してアレイ型可変光減衰器モジュール３３としてもよい。このとき、多数の固定電極３は、フレキシブル基板と半田で固定し、共通のグランド端子と接続しておく。また、ボンディングパッドは、ボンディングパッド２ｄとボンディングパッド２ｆを交互に形成する。多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａの間隔が２５０μｍなので、複数の光ファイバをテープ状に成形した光ファイバテープを個々の光ファイバに分離して利用することができる。また、多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂは、固定溝２ａに配置後、図示しないガラス板をシリコン基板２上に接着して固定する。可変光減衰器３０をこのようにアレイ化すると、１個のモジュールで多数チャンネルの光線路を取り扱うことができる。
【００６７】
（実施の形態５）
次に、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５の可変光減衰器は、図１５に示すアレイ型可変光減衰器モジュール３３を複数積層したものである。
【００６８】
図１６は、この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図で、アレイ型可変光減衰器モジュール３３は、上に行くほど前後方向におけるチップサイズを小さくすることで、ボンディングパッド２ｄ，２ｆの位置が上下の可変光減衰器モジュール３３相互間で重ならないようにしている。そして、最上部のアレイ型可変光減衰器モジュール３３は、ガラス板３４をシリコン基板の上に接着して多数の光ファイバコリメータ９ａ，９ｂを固定溝２ａに固定している。このようにして可変光減衰器モジュール３３を複数積層すると、図１５に示す可変光減衰器３０を多数アレイ化したものに比べ、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことができる。
【００６９】
（実施の形態６）
次に、この発明の実施の形態６について説明する。この実施の形態６の可変光減衰器は、２枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで、１枚の反射板を電磁石アクチュエータで、それぞれ同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせると共に、角度方向にスキャンさせるものである。実施の形態１〜５においては、入射した光ビームの進行方向を１８０度変化させたが、この実施の形態６では入射した光ビームの進行方向を９０度変化させる。
【００７０】
図１７は、この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。また、図１８は、図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって光軸に対して垂直な方向に入射光を平行してスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。なお、図１７〜図２０に示す各実施の形態における可変光減衰器は、光ビームスキャン装置１，２０と同一構成部分には同一符号を付している。
【００７１】
可変光減衰器３５は、上下方向に配置されるアーム７の一端側に２組の櫛歯マイクロアクチュエータが対称に配置され、反射体８はアーム７の他端に設けられている。２組の櫛歯マイクロアクチュエータは、固定電極３を可動電極４に対向させて、２つの固定電極３の間に２つの可動電極４が配置されている。また、反射体８と対向する位置には、光ファイバコリメータ９の光軸に対して４５度傾斜配置した反射板３６がシリコン基板２にカンチレバー状に形成した支持梁３６ａによって支持され、支持梁３６ａと隣接する位置にはコイル体３７が設けられている。支持梁３６ａには、永久磁石の薄膜を形成した突起３６ｂが形成されている。
【００７２】
コイル体３７は、下側に鉄−ニッケルからなるコアが形成され、通電によって電磁石となり、突起３６ｂを電磁的に吸引する。これにより、支持梁３６ａが、シリコン基板２との連結点を支点として図１７において上下に揺動し、反射板３６の角度が僅かに変化する。コイル体３７は、アーム７や反射体８などの反射部１４、固定電極３や可動電極４などの電極部１５、弾性梁５，６などの梁部１６、などを備えた構造体と共に半導体微細加工技術を利用して形成される。
【００７３】
以上のように構成される可変光減衰器３５においては、固定溝２ａに固定した光ファイバコリメータ９から光ビームを導入すると、光ビームは、図１８に実線で示すように、反射板８ａ，８ｂで順次反射されて進行方向が９０度ずつ変更され、入射時の状態から１８０度進行方向が変えられた後、反射板３６で反射されて進行方向が９０度変更され、光路溝２ｂへと出射される。
【００７４】
そして、光ファイバコリメータ９から入射する光ビームをスキャンする場合には、可変光減衰器３５は、図１７において、２組の櫛歯マイクロアクチュエータの固定電極３をボンディングパッド２ｄ，２ｅを介してアースし、固定電極３と対向する可動電極４にボンディングパッド２ｆを介して電圧を印加する。これと並行してコイル体３７に通電する。
【００７５】
すると、可変光減衰器３５は、櫛歯マイクロアクチュエータにより、印加した電圧に応じた静電力によって可動電極４が固定電極３に引き寄せられ、アーム７、従って反射体８が、弾性梁２１を変形させながら図１７において下方へ移動する。また、コイル体３７への通電により、反射体８の移動と同時に、突起３６ｂが電磁的に吸引されて支持梁３６ａがコイル体３７側へと撓み、反射板３６が反時計方向へ僅かに傾く。
【００７６】
これにより、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図１８に１点鎖線で示すように、２枚の反射板８ａ，８ｂによって反射された後、反射板３６で反射される。従って、可変光減衰器３５においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、反射板８ａ，８ｂの移動量の２倍だけ光軸に垂直な上方へ平行にスキャンされる共に、反射板３６の傾斜角度の２倍だけ角度方向にスキャンされて光路溝２ｂへ出射される。
【００７７】
このとき、可変光減衰器３５は、アースするボンディングパッドを変更することにより、反射体８を上方へ移動させることもできる。また、可変光減衰器３５は、図１７において、固定電極３にボンディングパッド２ｊを介して電圧を印加し、可動電極４をボンディングパッド２ｆを介してアースしても、反射体８を上方へ移動させることができる。このように、可変光減衰器３５は、ボンディングパッド２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊを適宜組み合わせてアースしたり、電圧を印加したりすることにより、図１７において、反射体８を上方あるいは下方のいずれの方向へも移動させることができる。
【００７８】
一方、スキャンされた光ビームを元に戻すときは、ボンディングパッドへの電圧の印加と、コイル体３７への通電を解除すれば、可変光減衰器３５は、固定電極３に引き寄せられていた可動電極４が、変形した弾性梁２１の復元力によってアーム７と共に図１７において上方へ移動し、元の位置に復帰する。また、突起３６ｂのコイル体３７への吸引解除により、支持梁３６ａが反射板３６と共に元の位置へ復帰する。これにより、可変光減衰器３５においては、スキャンされた光ビームが元に戻される。
【００７９】
このように、可変光減衰器３５は、光ビームを光軸に垂直な方向と角度方向の双方にスキャンさせることができるので、光ビームを複雑にスキャンさせることが可能となり、利用上の自由度が増す。しかも、電磁石アクチュエータであるコイル体３７は、固定電極３と可動電極４とを有する櫛歯マイクロアクチュエータよりも小型なので、配置上の自由度が高い。
【００８０】
（実施の形態７）
次に、この発明の実施の形態７について説明する。この実施の形態７の可変光減衰器は、４枚の反射板を静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータで同時に駆動し、光軸に垂直な方向へ光ビームを平行にスキャンさせる可変光減衰器としたものである。実施の形態１〜６においては、入射した光ビームを９０度あるいは１８０度進行方向を変化させたが、この実施の形態７では入射した光ビームを光軸に垂直な方向へ平行にスキャンさせるだけで、進行方向を変化させることなく出射している。図１９は、この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。また、図２０は、図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【００８１】
可変光減衰器４０は、２組の櫛歯マイクロアクチュエータを備えた２つの反射体８が対向配置されている。このため、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、２つの反射体８によって図２０に実線で示すように反射して光路溝２ｂへ出射される。そして、可変光減衰器４０は、例えば、ボンディングパッド２ｄ〜２ｊを適宜にアースしたり、電圧を印加したりすることにより、上側の反射体８を上方へ、下側の反射体８を下方へ移動させる。すると、可変光減衰器４０においては、光ファイバコリメータ９から入射した光ビームは、図２０に１点鎖線で示すように反射し、反射体８が移動した距離の４倍まで光軸に垂直な方向へ平行にスキャンされる。
【００８２】
ここで、可変光減衰器４０は、図２１に示すように、各反射体８から反射板８ｂを削除し、反射板８ａのみとしてもよい。可変光減衰器４０は、このように構成すると、２枚の反射板８ａが平行に配置され、図１９との比較から明らかなように、光ビームのスキャン量が小さくてもよい場合に対応することができる。
【００８３】
なお、実施の形態１〜７に記載した光ビームスキャン装置や可変光減衰器では、複数枚の反射板を動かす駆動手段として静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータや電磁石アクチュエータを使用した。しかし、本発明の光ビームスキャン装置においては、シリコン基板を加工して形成されるＭＥＭＳであれば、キャパシタプレートやスクラッチドライブアクチュエータ（ＳＤＡ）を使用することができる。
【００８４】
ここで、キャパシタプレートは、ばねによってシリコン基板と対向させて支持され、レバーアームの一端が連結されている。レバーアームは、中間に支点があり、他端は金を被覆したシャッターが設けられ、光ファイバ光路を遮っている。このキャパシタプレートは、シリコン基板との間への電圧のオン，オフにより、シリコン基板に対して離接作動するアクチュエータとなる。このため、前記レバーアームが、支点を中心として回動し、シャッターが光ファイバ光路を遮ることで全体として光スイッチとして機能する（例えば、IEEE ournal of selected topics in quantum electronics, Vol. 5, No. 1, January/February 1999, pp. 18-25 参照）。
【００８５】
一方、ＳＤＡは、ポリシリコン製の板と短片状のブッシングとを有する側面視Ｌ字形の板である。このＳＤＡは、表面に絶縁フィルムが形成されたシリコン基板上に載置し、シリコン基板との間に双極性矩形パルスを印加すると、ポリシリコン製の板の部分がシリコン基板に離接し、ステップモーションと呼ばれる動作を繰り返しながらシリコン基板を移動してゆくアクチュエータである（例えば、Proceedings IEEE Microelectromech. Syst. Amsterdam the Netherlands, Feb., 1995, pp. 310-315参照）。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から３の発明によれば、複数枚の反射鏡を入射光の光軸と直交する方向に動かしたり、入射光の光軸に対する角度が変化する方向に動かしたりするので、反射板の僅かな動きであっても、光ビームを光軸に垂直な方向や角度方向に大きく動かすことができる可変光減衰器または光部品を製造することができる。また、半導体微細加工技術によって製造するので、小型で、光ビームを移動可能な距離や角度が大きく、製造が容易で、光部品設計上の自由度が大きい可変光減衰器や光部品を製造することができるという効果を奏する。また、複数の反射板を互いに平行に配置する等により、入射光の進行方向に対して平行に出射する等、種々の設計変更が可能になるという効果を有する。
【００８７】
また、請求項４の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変光減衰器が多数配列されているので、一個の光部品で多数チャンネルの光線路の取り扱いが可能になるという効果を奏する。
【００８８】
また、請求項５の発明によれば、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光部品が複数積層されているので、多数チャンネルの光線路を少ない占有面積で取り扱うことが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である光ビームスキャン装置の概要構成を示す図である。
【図２】 図１の固定電極、可動電極、弾性梁アーム及び反射体などの構造体を拡大すると共に弾性梁の中間部分を省略した拡大平面図である。
【図３】 図１に示す光ビームスキャン装置の製造方法の一例を製造工程に従って説明する模式的断面図である。
【図４】 図１に示す光ビームスキャン装置における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図５】 図１の光ビームスキャン装置を利用した可変光減衰器の構成を示す平面図である。
【図６】 この発明の実施の形態２である光ビームスキャン装置の構成を示す平面図である。
【図７】 図６の光ビームスキャン装置の左上に配置される弾性梁を中心とする部分を拡大して示す平面図である。
【図８】 この発明の実施の形態３である可変光減衰器の平面図である。
【図９】 図８の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１０】 図８の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１１】 入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４である可変光減衰器の平面図である。
【図１３】 図１２の可変光減衰器における静電駆動型の櫛歯マイクロアクチュエータ、弾性梁及び反射体を拡大した図である。
【図１４】 図１２の可変光減衰器における櫛歯マイクロアクチュエータの作動に伴う弾性梁の変形を示す拡大図である。
【図１５】 入射光が反射体の２枚の反射板によって角度方向にスキャンされる様子を示す模式図である。
【図１６】 この発明の実施の形態５である可変光減衰器の斜視図である。
【図１７】 この発明の実施の形態６である可変光減衰器の平面図である。
【図１８】 図１７の可変光減衰器において、反射体の２枚の反射板によって入射光を光軸に垂直な方向へ平行にスキャンした後、１枚の反射板によって角度方向にスキャンする様子を示す模式図である。
【図１９】 この発明の実施の形態７である可変光減衰器の平面図である。
【図２０】 図１９に示す可変光減衰器における光ビームの反射によるスキャンの様子を示す模式図である。
【図２１】 図１９に示す可変光減衰器の変形例を示す平面図である。
【図２２】 従来の可変光減衰器の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
１，２０ 光ビームスキャン装置
２ シリコン基板
２ａ，２ｈ 固定溝
２ｂ 光路溝
２ｄ，２ｅ，２ｆ，２ｊ ボンディングパッド
２ｇ 絶縁隙間
３ 固定電極
３ａ 櫛歯
４ 可動電極
４ｂ 櫛歯
５，６，２１ 弾性梁
７ アーム
８ 反射体
８ａ，８ｂ 反射板
９ 光ファイバコリメータ
９ａ，９ｂ 光ファイバコリメータ
１１ レジスト
１２ 凹部
１３ レジスト
１４ 反射部
１５ 電極部
１６ 梁部
１７ パッド部
１８ ミラー膜
１９ 絶縁基板
２５，３０，３５，４０ 可変光減衰器
２６，２７，３１，３６ 反射板
２６ａ，２７ａ，３１ａ，３６ａ 支持梁
３３ 可変光減衰器モジュール
３６ｂ 突起
３７ コイル体
Claims (3)
- シリコン基板を微細加工して製造され、入射光を減衰させて出射可能な光減衰器であって、
光ファイバコリメータを備える入射光導波路と、
光ファイバコリメータを備える出射光導波路と、
前記入射光導波路の出射口の近くに配置され、前記入射光導波路からの入射光を入射角４５度で直接受光する反射部及びその反射光をさらに入射角４５度で受光して反射する反射部の２つの反射部を有する第１の反射板と、前記出射光導波路の入射口の近くに配置され、前記第１の反射板からの反射光を反射して、該反射光を前記出射光導波路に直接照射する少なくとも一つの第２の反射板を備える反射体と、
マイクロアクチュエータにより、前記第１の反射板を光軸に対して垂直方向に移動させる第１の駆動部と、マイクロアクチュエータにより、前記第２の反射板の少なくとも一つの角度を変化させる第２の駆動部とを備える駆動手段と、
前記駆動手段により前記第１の反射板及び第２の反射板を駆動することにより、前記第２の反射板からの反射光をその中心軸が前記出射光導波路の前記入射口からずれるような偏心位置に移動させることにより、出射光を減衰させることを特徴とする可変光減衰器。 - 請求項１に記載の可変減衰器が多数配列されていることを特徴とする光部品。
- 請求項２に記載の光部品が複数積層されていることを特徴とする光部品。
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