JP4420581B2 - 光スイッチおよび光導波路装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光通信設備の光接続先の切り換えに使用される光スイッチおよび光導波路装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２６は、従来の光スイッチを含む光導波路装置を示す斜視図である。この光スイッチは、押え板１０３によって押さえられた導波路収納シートであるフィルム状ポリマー１０２の光導波路１０５に対して設けられている。図２７に示すように、導波路交差部において駆動機構（プッシュロッド）１０６を押さない光接続オン状態（以下、オン状態と記す）では、導波路収納シート１０２は、切れ込み部で切れ込み端面１０２ａを密着させている。したがって、導波路１０５であるコアも、切れ込み部で密着している。このため、密着した切れ込み部に到達した光は、そのまま、切れ込み部を通り抜けてゆく。
【０００３】
これに対して、プッシュロッド１０６を押した光接続オフ状態（以下、オフ状態と記す）では、図２８に示すように、プッシュロッド１０６が切れ込み端面１０２ａを片側から押し広げ、分離させ、切れ込み端面を空気と接触させるようにする。このため、屈折率の高い導波路を伝搬する光は、切れ込み端面から出射することができず、空隙１０９の空気層によって全反射して光の進行方向を略９０°変えて伝搬してゆく。
【０００４】
上記の機構によれば、図２６において、導波路交差部における光接続がオン状態のとき、光入力Ｌ1，Ｌ2は、導波路の交差部１１１の切れ込み端面１０２ａが密着した部分を連続して通りぬける。一方、導波路交差部における光接続がオフ状態のとき、入力された光Ｌ1，Ｌ2は、いずれも光スイッチの部分で全反射して、進行方向を略９０°変えて所定の方向に出力されてゆく。上記のように、１つのプッシュロッド１０６の押し引きにより、光の行先を切り換えるのが、従来の光スイッチの特徴である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の光スイッチでは、オフ状態からオン状態に移行する際に問題を生じる。すなわち、プッシュロッドを押して光を全反射させた状態であるオフ状態から、光を通過させるオン状態へと移行させる際、プッシュロッドを後退させてもフィルム状ポリマーの弾性による復元力しかかからない。このため、フィルム状ポリマー１０２の切れ込み端面１０２ａの密着が充分でなく、このためコア１０５どうしの充分な密着を得ることができないという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、導波路交差部において安定して確実性の高い光接続オンオフ動作をすることができる信頼性と耐久性に優れた光スイッチおよび光導波路装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の局面における光スイッチは、光が伝搬する導波路と、その導波路を収納する導波路収納シートとを備える光導波路装置に設けられた光スイッチである。この光スイッチは、導波路を横断するように切れ込んでいる切れ込み部と、切れ込み部に対して駆動作用を及ぼす駆動機構と、駆動機構との間に切れ込み部を挟むように位置して、駆動機構の補助をする駆動補助部材とを備え、駆動機構および駆動補助部材は、切れ込み部を押し広げて導波路の間に空隙を設け、また、切れ込み部を接触させて導波路を接続する（請求項１）。
【０００８】
この構成により、従来、確実性に問題があった復元接続の変形を、駆動補助部材と駆動機構とによって切れ込み部を両側から、たとえば、ゆるく拘束しながら行なうことができる。すなわち、従来、片側から１つの駆動機構のみで、オンオフ動作を行なっていたものを、２つの部材で両側から挟んでオンオフ動作を行なわせることが可能となる。このため、切れ込み部を確実に復元接続させ、高い信頼性をもってオフ状態からオン状態に移行させることができる。駆動機構による切れ込み部の押し広げ変形は、従来でも確実にできていた。このため、上記のように、切れ込み部の復元接続の確実性を高めることにより、導波路交差部における光接続のオンオフ動作の信頼性を高めることが可能となった。なお、上記駆動補助部材は、駆動機構と同じ駆動機構に基づき、駆動信号により切れ込み部に対して往復運動を行なう部材であってもよい。ただし、このような場合であっても、駆動補助部材は、駆動機構と同じ運動を行なうわけではなく、駆動機構の補助的な運動を行なう。また、導波路収納シートは、フィルム状ポリマー等によって構成することができる。ここで、上記のオンオフは、導波路交差部に入力された光をどこかへ出力しないか、または出力する、の切り換えを行なわなくてもよい。たとえば、光接続先（出力先）を切り換えるという意味で、上記オンオフという語を用いる場合もあり、むしろ、そのような意味で用いる場合が多い。
【０００９】
上記第１の局面における光スイッチでは、切れ込み部は、導波路収納シートの一方の側から切れ込んでおり、導波路収納シートの他方の側まで達していない切れ込み部であることが望ましい（請求項２）。
【００１０】
分離されない厚みの部分を残すことにより、その厚みの部分が切れ込み部を復元接続するときの基準となり、導波路であるコアの端面同士を復元して接触させる際に、復元の確実性を増すことができる。このため、オフ状態からオン状態への切り換えの信頼性を高めることができる。
【００１１】
上記第１の局面における光スイッチでは、導波路は導波路収納シートの内部で交差しており、切れ込み部は、平面的に見て交差部を斜めに横切るように配置されることができる（請求項３）。
【００１２】
上記構成により、導波路を伝搬してきた光は、交差部において、そのまま連続して進むか、または進路を変えて、交差する導波路に沿って進むか、確実に進路を選択することができる。
【００１３】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動機構は、駆動信号に応じて、切れ込み部に向かって進みまた後退し、駆動補助部材はその駆動機構の動きに協働して切れ込み部に作用を及ぼし、駆動機構と駆動補助部材とが、切れ込み部を押し広げ、また、切れ込み部を復元接触させることができる（請求項４）。
【００１４】
この構成により、簡便な駆動機構を用いることができるようになり、光スイッチおよび光導波路装置を安価なものにすることができる。
【００１５】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材のうち少なくとも一方は、導波路収納シートに略垂直な方向に沿って進退可能な部材を備えることができる（請求項５）。
【００１６】
この構成により、短い距離の運動によりオンオフ動作を行なうことができるようになり、光スイッチの応答速度を高めることができる。
【００１７】
上記第１の局面における光スイッチでは、導波路収納シートは、その導波路収納シートを支持するように押える押え板によって押えられており、その押え板は、切れ込み部に対応する位置に開口があけられることが望ましい（請求項６）。
【００１８】
この構成により、導波路収納シートの平坦性が確保され、導波路の変形に起因する損失を防止することができる。この結果、低損失の光導波路装置を実現することができる。
【００１９】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材のうちの少なくとも一方が電圧印加に応じて機械的変形を行なうピエゾ素子から構成されることができる（請求項７）。
【００２０】
通常の電圧印加により、数百ニュートンもの高い応力を誘起させることができるので、このピエゾ素子を用いて、上記本発明の光スイッチに確実なオンオフ動作を行なわせることができる。
【００２１】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材のうちの少なくとも一方が人工筋肉アクチュエータによって構成されることができる（請求項８）。
【００２２】
人工筋肉アクチュエータは電圧印加により動物の筋肉なみの変形が生じるものである。この人工筋肉は変位方向に垂直な断面サイズで数十μｍのオーダまで小型化が可能であり、非常に微細化された導波路装置に用いることができる。
【００２３】
上記第１の局面における人工筋肉アクチュエータを用いた光スイッチでは、人工筋肉アクチュエータは、平面的に見て切れ込み部に対応する位置に孔があいた孔あきフレームと、その孔あきフレームと導波路収納シートとの間に配置された電極付弾性膜とを備え、その人工筋肉アクチュエータが導波路収納シートを挟むようにその上側と下側に備えられ、いずれか一方の側の人工筋肉アクチュエータは、導波路収納シートとの間に孔と同じ領域に孔のあいた孔あきスペーサ膜を備えることができる（請求項９）。
【００２４】
この構成により、孔に対応する位置の電極付弾性膜が電圧印加により膨出し、切れ込み部に作用を及ぼすことができる。また、導波路収納シートのスペーサ膜の側の面を、オフ時に空隙が広げられる側とすることができる。この構造により、駆動機構および駆動補助部材ともに人工筋肉アクチュエータを用いて、オンオフ動作を円滑に、高い信頼性をもって行なうことが可能となる。このため、非常に簡明な構成により、微小な駆動機構を構成することができる。
【００２５】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動補助部材が、切れ込み部を含む導波路収納シートの表面に配置された弾性シートとすることができる（請求項１０）。
【００２６】
上記のように弾性シートを配置することにより、オフ状態で空隙が広げられて延びた弾性シートから、切れ込み部を復元接続させる方向の圧縮力が導波路収納シートに働き、オン状態が確実に実現する。弾性シートの弾性係数を硬めの弾性を示す値とすることにより、オン状態への移行をより確実なものとすることができる。この弾性体としては、金属、有機材料、ガラス材などを用いることができる。このため、簡単な機構によりオフ状態からオン状態へと確実に移行させることができる。
【００２７】
上記第１の局面における光スイッチでは、弾性シートの切れ込み部に対応する位置に、切れ込み部に向かって突き出た凸状突起が取り付けられることができる（請求項１１）。
【００２８】
この構成により、凸状突起がない場合よりも、さらに強い復元力を切れ込み部に作用させることができる。この結果、オフ状態からオン状態への移行の確実性を高めることができる。また、オフ状態の位置を、（ａ）導波路収納シートの上記突起側に隙間が広がる位置、および（ｂ）導波路収納シートの駆動機構側に隙間が広がる位置、の２つの位置とすることができる。この結果、オフ位置の設計の自由度を高めることができる。
【００２９】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動補助部材が、導波路収納シートに対して応力を及ぼすばねであるようにできる（請求項１２）。
【００３０】
この構成により、非常に簡便な機構により、オンオフ動作の信頼性を高めた光スイッチを得ることができる。また、オフ状態の位置を、（ａ）導波路収納シートの上記ばね側に隙間が広がる位置、および（ｂ）導波路収納シートの駆動機構側に隙間が広がる位置、の２つの位置とすることができる。この結果、オフ位置の設計の自由度を高めることができる。なお、ばねの形態は問わず、つるまきばねでもよいし、板状のばねでもよい。
【００３１】
上記第１の局面における光スイッチでは、導波路収納シートと押さえ板との間に保持された基板であって、切れ込み部に対応する位置に表面側または裏面側に突き出ている状態を保持する状態保持突起が配置された突起付き基板をさらに備えることができる（請求項１３）。
【００３２】
この構成により、オンオフの切り換えを行なった後は、駆動機構を駆動させなくてもオンオフの状態が保持される。このため、低消費電力化を実現することができる。
【００３３】
上記第１の局面における光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材が、平面的に見て切れ込み部の一方の側の導波路収納シートに当接して切れ込み部の押し広げと復元接続とを行ない、他方の側の導波路収納シートを変形させないことができる（請求項１４）。
【００３４】
この構成により、たとえば、オフ状態において、光が通るほうの導波路には曲げ変形が生じないようにできるので、導波路の変形にともなう過剰損失が発生しない。このため、変形する導波路を光が通る構成に比較して、低損失な光スイッチを実現することができる。
【００３５】
上記第１の局面の光スイッチでは、押え板の開口部において導波路収納シートを押える押え板の端部が面取りされることができる（請求項１５）。
【００３６】
この構成により、駆動機構を導波路収納シートの上下に配置して導波路収納シートを反らせる際に、根元部に発生する応力を緩和して、導波路収納シートの疲労を防止することができる。
【００３７】
本発明の第２の局面の光スイッチは、光が伝搬する導波路と、その導波路を収納する導波路収納シートと、導波路収納シートを支持して押える支持押え板とを備える光導波路装置に設けられた光スイッチである。この光スイッチは、導波路および導波路収納シートを分断して隔てる空隙と、支持押え板と空隙を挟むように配置され、空隙に向かって進み、空隙の両側の導波路収納シートを支持押え板との間に挟んで押さえ変形させて接続させ、また、接続された空隙から後退して空隙を復元する駆動機構とを備える（請求項１６）。
【００３８】
この構成により、駆動機構を半減したうえで信頼性の高いオンオフ動作を行なう光スイッチを形成することができる。なお、上記の空隙の幅は、前記導波路収納シートの弾性範囲内の変形で密着接続される程度であることが望ましい。
【００３９】
上記第２の局面の光スイッチでは、導波路は導波路収納シートの内部で交差しており、空隙は、平面的に見て交差部を斜めに横切るように配置されることができる（請求項１７）。
【００４０】
上記構成により、導波路を伝搬してきた光は、交差部において、空隙が変形されて接続されている場合はそのまま連続して進むことができる。また、空隙が復元された場合は、進路を変えて、交差する導波路に沿って進むことができる。この結果、光スイッチを操作することによって、確実に進路を選択することができる。
【００４１】
上記第２の局面の光スイッチでは、導波路収納シートと下側押え板との間に、導波路収納シートよりも弾性変形しやすい弾性シートが配置され、空隙が弾性シートにまで連続して設けられることができる（請求項１８）。
【００４２】
この構成により、それほど大きな力を導波路収納シートにかけなくても、空隙を埋めることができる。このため、導波路収納シートに塑性変形を生じさせるおそれがなくなり、確実性の高いオンオフ動作をする高信頼性の光スイッチを提供することができる。
【００４３】
本発明の光導波路装置は、上記のいずれかの光スイッチを、導波路が交差する交差部に備えることができる（請求項１９）。
【００４４】
この構成により、オンオフ動作の確実性を高め、耐久性に優れた光スイッチを備えた光導波路装置を得ることができる。この光導波路装置では、交差部に設けた光スイッチを用いて、光の進路を選択することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。
【００４６】
（実施の形態１）
図１および図２は、本発明の実施の形態１における導波路光スイッチの導波路に沿った方向の断面図である。図１はオフの状態を示し、また図２はオンの状態を示す。導波路であるコア５は、導波路収納シートであるフィルム状のポリマー２に収納され、そのフィルム状ポリマー２は、剛性のある押え板３によって挟まれ平坦にされている。光は、フィルム状ポリマー２のコア５の部分に閉じ込められ、一部フィルム状ポリマーに染み出しながら伝搬する。切れ込み部は、導波路のコアが交差する交差部１１に、交差部を斜めに、導波路を横切るように配置される。光スイッチは、この切れ込み部と、そのフィルム状ポリマーを上下から挟むように配置された２つのプッシュロッド（駆動部材）６，７とによって構成される。
【００４７】
図１のオフ状態では、フィルム状ポリマーの端面２ａの間に空隙９ができている。このオフ状態では、コアとフィルム状ポリマーとを伝搬してきた光は空隙中に出射できず、端面２ａで全反射する。このため、同じ進行方向に伝搬できない。また、オン状態では、フィルム状ポリマーの端面２ａが互いに密着している。このため、一方のコアおよびフィルム状ポリマーを伝搬してきた光は、そのままの進行方向を保って密着している端面部を通って他方のコアへと伝搬してゆく。以後の説明で、光がフィルム状ポリマーを伝搬するという場合、光がフィルム状ポリマーに染み出しながらコア中を伝搬することを意味する。また、フィルム状ポリマーが密着するとは、コアも含めて密着することとする。
【００４８】
上記の光スイッチをオフ状態からオン状態にするには、次のようにプッシュロッドを操作する。まず、オフ状態でフィルム状ポリマーを押し上げていた下側のプッシュロッド（駆動機構）６を下げる。この結果、フィルム状ポリマーの弾性復元力によってその端面２ａどうしが接触するようになる。しかし、下側のプッシュロッド６を下げただけでは、端面２ａを完全に密着させるためには、長時間を要するか、または長時間かかっても部分的な接触に留まる。
【００４９】
これを打開するために、本実施の形態では、もう１つのプッシュロッド（駆動補助部材）７をフィルム状ポリマーを駆動部材６と挟むように配置する。プッシュロッド６とプッシュロッド７とが、フィルム状ポリマーを上下から軽く挟んで、ゆるい拘束の下にフィルム状ポリマーを平坦にし、端面２ａが互いに密着して押し付け合う位置まで誘導する。
【００５０】
オン状態からオフ状態にする場合は、上記オフ状態からオン状態にする操作と逆の操作を行なう。オン状態からオフ状態に移行する際、密着した端面どうしを押し広げて空隙９を形成する。この場合には、１つのプッシュロッド６のみで円滑にオフ状態を実現することができるが、２つのプッシュロッドを用いることにより、確実性が一層向上する。
【００５１】
本実施の形態では、２つのプッシュロッド６，７を用いることにより、端面２ａどうしをゆるい拘束下で密着させてオン状態を確実に実現し、その逆のオフ状態への移行も確実性を増すことができる。なお、上記の図では、切れ込み部はフィルム状ポリマーが完全に切断された切れ込み部のみを示したが、上記切れ込み部は厚みを部分的に残した切れ込みである場合を含む。分離されない厚みの部分を残すことにより、その厚みの部分が切れ込み部を復元接続するときの基準となるからである。このため、導波路であるコアの端面同士を復元して接触させる際に、復元の確実性を増すことができる。以後の実施の形態を説明する図面においても、フィルム状ポリマーが完全に切断された切れ込み部のみを示したが、いずれの実施の形態でも、上記切れ込み部は厚みを部分的に残した切れ込みである場合を含むことは同様である。
【００５２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の導波路光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材のうちの少なくとも一方を、ピエゾ素子、すなわち、電圧を加えることによりひずみまたは応力が誘起される圧電材料から構成される素子を用いる。上記の圧電材料として、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃）、ジルコンチタン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃，ＰｂＴｉＯ₃）、ニオブ酸塩（ＮａＮｂＯ₃，ＫＮｂＯ₃，ＰｂＮｂ₂Ｏ₆）、水晶、ロッシェル塩、ＬｉＴａＯ₃、ＬｉＮｂＯ₃などを用いることができる。
【００５３】
ピエゾ素子を用いることにより、通常の電圧印加により、数百ニュートンの加圧力を得ることができる。このため、簡便な機械的構造を用いて、上記端面どうしの密着状態（オン状態）と、端面間への空隙配置状態（オフ状態）とを、確実に交互に切り換えて実現することができる。
【００５４】
（実施の形態３）
図３および図４は、本発明の実施の形態３における導波路光スイッチを示す、導波路に沿った断面図である。図３は端面２ａどうしが密着しているオン状態を、また図４は端面間に空隙９ができているオフ状態を示す。本実施の形態では、上記端面どうしの密着状態と、その分離状態との交互の切り換えに、人工筋肉を用いる。すなわち、実施の形態１において用いた２つのプッシュロッド６，７の代わりに、フィルム状ポリマーの上下の両面に配置した人工筋肉を用いる。
【００５５】
人工筋肉アクチュエータは、たとえば、図３および図４に示すように、シート状の孔あきフレーム１２とシート状の電極付弾性物質１３とを備え、さらにフィルム状ポリマーの上側にスペーサ１４を配置しておく。電極付弾性物質１３のうち、孔あきフレーム１２の孔の部分の電極付弾性物質１３ａ，１３ｂが、フィルム状ポリマーに向かって交互に突き出る運動をする。このような人工筋肉の交互に突き出る運動は、駆動機構の切れ込み部に対する前進および後退運動に対応する。この場合、駆動機構と駆動補助部材との間に、動きの機構上、相違は存在しない。どちらも同じ機構で、同じように前進および後退の運動をする。
【００５６】
図５および図６は、人工筋肉のフィルム状ポリマーの下側の部分の拡大図である。図５に示すように、電圧オフ時には電極付弾性物質１３は、孔に面している部分１３ｂも平坦な状態のままである。しかし、図６に示すように、電圧を印加すると孔に面している部分１３ｂは、孔と反対側に膨出する。
【００５７】
上記フィルム状ポリマーの孔に面している部分１３ａ，１３ｂが、上下からフィルム状ポリマーの端面をゆるく拘束しながら、実施の形態１における駆動機構と同様に、オン状態とオフ状態とを交互に確実に実現することができる。
【００５８】
人工筋肉は、変位方向に垂直な断面サイズとして数十μｍのオーダーまでの小型化が可能である。このため、微細な導波路構造の光スイッチの構成部材として用いることができる。
【００５９】
（実施の形態４）
図７および図８は、本発明の実施の形態４の導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態の光スイッチでは、フィルム状ポリマーの片側、たとえば下側に実施の形態１〜３の光スイッチと同様の駆動機構６を備えている。もう一方の側、たとえば上側には変位に応じて反発力を生じる駆動補助部材の弾性体１５を配置する。弾性体として適当な厚みおよび弾力を有するシートを用い、図７および図８に示すように、フィルム状ポリマーの上面に接するように配置する。
【００６０】
端面密着状態では、確実な密着状態が得られる程度の力を駆動機構６が上向きにかけても、弾性体１５がほとんど変位しないように、適度な硬さおよび厚みを有することが望ましい。弾性体のシートは、上記の弾性変形が非常に小さいので、金属、有機材料、ガラス材等ほとんどの材料を用いて設計することができる。このような弾性体の使用により、端面間に空隙があるオフ状態から端面どうし密着するオン状態への移行に際しては、上記の実施の形態１〜３の駆動機構および駆動補助部材よりも強い拘束をフィルム状ポリマーの端部に加えることになる。
【００６１】
本実施の形態の光スイッチは、シート状弾性体をフィルム状ポリマーの上に重ねて配置するだけで済むという組み立てが非常に容易な機構である。このため、小型化、低コスト化および低消費電力化を実現することができる。
【００６２】
（実施の形態５）
図９および図１０は、本発明の実施の形態５の導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態における光スイッチは、実施の形態４の光スイッチのシート状弾性体に下向きの突起１５ａを設ける。図９に示すように、オフ状態からオン状態への移行では、上記両方の端面２ａともに、突起１５ａを介した弾性体と駆動機構６とによって、上下から比較的強い拘束が加えられ、オン状態が実現される。すなわち、突起１５ａを経由した弾性体１５の下向きの力に、釣り合いをとるように、駆動機構６からも上記の端面部に上向きの力をかけながら移行する。この結果、より確実に両端面の密着状態と空隙形成状態とを、交互に得ることができる。
【００６３】
オフ状態の位置は、（ａ）駆動機構が押し上げ、密着した端面２ａが上側が広がるように空隙ができる位置、および（ｂ）突起部１５ａが押し下げ、密着した端面２ｂが下側が広がるように空隙ができる位置、の２箇所である。
【００６４】
上記の機構を設けることにより、小型化、低コスト化、低消費電力化を簡単な機構で実現することができる。
【００６５】
（実施の形態６）
図１１および図１２は、本発明の実施の形態６の光スイッチを示す断面図である。本実施の形態では、駆動補助部材として、実施の形態４における弾性体にシートではなくばねを使って点に特徴がある。この光スイッチでは、端面どうし密着する状態に移行する際に、ばね１６により下向きの力をかけておく。このとき、フィルム状ポリマーの下側に位置する駆動機構６からも、上記の下向きの力に対応して釣り合いをとるために上向きの力をかけておく。この結果、端面部には比較的大きな拘束力がかかり、端面密着状態を確実に実現することができる。
【００６６】
オフ状態の位置は、（ａ）駆動機構が押し上げ、密着した端面２ａが上側が広がるように空隙ができる位置、および（ｂ）ばね１６が押し下げ、密着した端面２ｂが下側が広がるように空隙ができる位置、の２箇所である。
【００６７】
なお、ばねの形状は、図１１および図１２に示すように、つるまきばねであってもよいし、または、図１３および図１４に示す板状ばねでもよい。
【００６８】
上記のばねを用いることにより、小型化、低コスト化、および低消費電力化を簡単な機構で実現することができる。
【００６９】
（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７の導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態では、上述した実施の形態１〜６の光スイッチにおいて、フィルム状ポリマー２を挟む押え板３が、面取り部分３ａを有する。この面取り部分３ａにより、フィルム状ポリマーへの集中応力が緩和される。この結果、フィルム状ポリマーの疲労が防止され、信頼性を向上させることができる。
【００７０】
（実施の形態８）
図１６および図１７は、本発明の実施の形態８の導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１〜７の光スイッチにおいて、フィルム状ポリマー２と押え板３との間に、状態を保持する突起が付いた突起付き基板１９を配置した点に特徴がある。図１８は、状態を保持する突起が付いた基板１９の分解斜視図である。状態を保持する突起１９ａは、ゴム状の弾性のある部材でできており、その周囲の部分は剛性のある部材でできている。たとえば、図１８に示すように、突起が設けられたゴムの弾性シートを剛性のある板で挟み込んだ構造とするのが好ましい。
【００７１】
導波路の交差部の切れ込みの部分に、この突起が当たるようにフィルム状ポリマー２、状態保持突起付き基板１９、および押え板２を固定する。まず、図１６に示すように、下側の駆動機構６を上方向に変位させた場合、状態保持突起付き基板の基板部分はその剛性のために変位せず、状態を保持するゴムの突起１９ａのみが上に凸の状態となる。ここで、上側の駆動補助部材７は、このゴムの突起１９ａが上に凸の状態を保持できる程度以下の力でフィルム状ポリマーに接触させる。上側の駆動補助部材７は突起に対して応力を及ぼさなくても、もちろんよい。
【００７２】
上に凸の状態ができた後、駆動機構６を駆動しなくてもこの上に凸の突起によりオフ状態が保持される。
【００７３】
また、上側の駆動補助部材７を下向きに変位させると、フィルム状ポリマーとゴムの突起１９ａのみを押し下げる。状態保持突起付き基板はその剛性のために変位しないので、ゴムの突起１９ａは、下に凸の状態となり、フィルム状ポリマーの端面どうしが密着した状態となる。このとき、下側の駆動機構６は、下に凸の状態になった突起１９ａが、上に凸の状態に復帰しない程度の力で突起に接触するか、または接触しなくてもよい。
【００７４】
上記の光スイッチにより、確実に交互にオン状態とオフ状態とを実現することができる。また、オン状態またはオフ状態に切り換えた後は、駆動機構や駆動補助部材を駆動しなくても、その同じ状態を保持することができ、低消費電力化を実現することができる。
【００７５】
（実施の形態９）
図１９および図２０は、本発明の実施の形態９の導波路光スイッチを示す断面図である。実施の形態１〜８の光スイッチにおいては、駆動機構および駆動補助部材は両方の導波路の端面が密着する位置に配置されていた。しかし、本実施の形態の光スイッチでは、駆動機構および駆動補助部材は一方の導波路の端部のみを変位させ、他方の導波路の端部は変位させない位置に配置される。
【００７６】
図１９および図２０において、駆動機構６および駆動補助部材７は一方の導波路２に接して導波路２を変位させ、オフ状態とオン状態とを実現する。導波路２０は駆動機構の作用を受けず、端面２０ａの部分まで水平状態を保つ。図２１は、オフ状態における上記の導波路交差部の模式的平面図である。図２１において、導波路２の側は上方に曲げられ、曲げ変形を受けない導波路２０の側との間に空隙９が生じている。
【００７７】
光は曲げを受けない導波路２０を通り、空隙で全反射して所定の導波路を進行してゆく。このため、光が導波路曲げによる過剰損失を発生することがない。このため、実施の形態１〜８における光スイッチと比較して、低損失のスイッチを実現することができる。
【００７８】
（実施の形態１０）
図２２および図２３は、本発明の実施の形態１０における導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態における光スイッチでは、導波路交差部において、対向する導波路端面の間に１μｍ程度の空隙をあけて固定する。図２２および図２３に示すように、硬い支持基板３３の上にフィルム状ポリマー２を置き、その上部に駆動機構２６を配置する。図２２に示すように、駆動機構がフィルム状ポリマーを加圧していない状態では、導波路間に隙間があるため光は隙間で全反射される。図２３に示すように、駆動機構２６がフィルム状ポリマーを加圧した状態では、フィルム状ポリマーの弾性作用により、フィルムが基板３３と接触する面に沿って延びるように変形する。この延び変形により、導波路の端面どうしが密着し、オン状態が実現され、光が密着した端面部を通過する。
【００７９】
本実施の形態の光スイッチによれば、実施の形態１と比較して、駆動機構の数を半減することができる。このため、小型化、低コスト化および低消費電力化を実現することが可能となる。
【００８０】
（実施の形態１１）
本発明の実施の形態１１では、対向する切れ込み端面の間隔は、駆動機構がフィルム状ポリマーを塑性変形を開始する程度の力で押えたときに、フィルム状ポリマーが光軸方向に変位する距離以下とする。対向する導波路切れ込み端面の間隔があまり大きいと、大きな力で押えないと上記切れ込み端面が密着するほどの変形が得られない。しかし、あまりに大きな力を加えるとフィルム状ポリマーが塑性変形してしまう。
【００８１】
上記のような切れ込み端面間の間隔とすることにより、フィルム状ポリマーの塑性変形が防止され、耐久性に優れた信頼性の高い光スイッチを提供することができる。
【００８２】
（実施の形態１２）
図２４および図２５は、本発明の実施の形態１２における導波路光スイッチを示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態１０および１１の光スイッチにおいて、フィルム状ポリマーの下にフィルム状ポリマーよりも弾性変形しやすい弾性シート２５が貼り付けられている。導波路交差部の切断面形成の際に、この弾性シート２５の一部も併せて切断する。ただし、図２４に示すように、弾性シート２５の一部の厚み部分は切断しないで残しておく。
【００８３】
上記の構造により、駆動機構２６によってフィルム状ポリマーを加圧した際に、まず、フィルム状ポリマーの下のフィルム状ポリマーよりも弾性変形しやすい弾性シート２５が変形する。次いで、それにつられてフィルム状ポリマーも変形し、切断面は密着する。上記の弾性シートは、フィルム状ポリマーよりも弾性係数が小さく軟らかいものでもよいし、弾性係数は同程度であっても厚みが大きいために弾性変形しやすいものでもよい。
【００８４】
上記の構成の光スイッチにより、実施の形態１０と比較して、より小さい力で導波路交差部の切断面を密着させることができる。この結果、フィルム状ポリマーにかかる負荷を低減することができ、耐久性に優れた信頼性の高い光スイッチを提供することができる。また、この光スイッチは、小さい応力で作動するので、低消費電力を実現することができる。
【００８５】
（実施の形態１３）
本発明の実施の形態１３によれば、実施の形態１２において、対向する導波路交差部の空隙の間隔を、繰り返し耐久性を確保できるよう、より小さくする。すなわち、駆動機構がフィルム状ポリマーを貼り付けた柔らかい弾性に富んだシート２５が塑性変形を開始する程度の力で押えたときにフィルム状ポリマーが光軸方向に沿って変位する距離以下とする。上記交差部の空隙の間隔があまり大きいと、大きな力で押えないと交差部の空隙が密着するほどの変形が得られない。しかし、あまり大きな力を印加すると、フィルム状ポリマーおよび上記の弾性シート２５が塑性変形してしまう。
【００８６】
上記の空隙の幅の制限を設けることにより、耐久性に優れた信頼性の高い光スイッチを供給することが可能となる。
【００８７】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行なったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。たとえば、つぎの範囲を含むことが意図されている。
（ａ）駆動機構は、本実施の形態で挙げられた、プッシュロッド、ピエゾ素子、人工筋肉、弾性シート、状態保持突起付き基板などに限定されない。切れ込み部の両側から作用して切れ込み部への空隙形成と切れ込み部の復元接続ができれば、どのようなものでもよい。
（ｂ）切れ込み部の切れ込みは導波路を含む導波路収納シートの全厚みを切断してもよいし、一部の厚みを残して切断してもよい。
（ｃ）押え板の開口部が面取りされる構造は、切れ込み部の一方の側を上げ下げして、オンオフ動作する場合の動く側の部分にも適用される。
（ｄ）導波路収納シートは、フィルム状ポリマーに限定されず、フィルム状ポリマーを含む複合材料、セラミックス系繊維やガラス系繊維が編まれた材料であってもよい。
【００８８】
本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００８９】
【発明の効果】
本発明の光スイッチを用いることにより、簡便な駆動装置を追加することにより、安定して確実なオンオフ動作をすることができる信頼性が高く、耐久性に富んだ光スイッチを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図２】 本発明の実施の形態１における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図３】 本発明の実施の形態３における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図４】 本発明の実施の形態３における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図５】 本発明の実施の形態３の光スイッチに用いられる人工筋肉アクチュエータを示す斜視図である（電圧オフ時）。
【図６】 本発明の実施の形態３の光スイッチに用いられる人工筋肉アクチュエータを示す斜視図である（電圧オン時）。
【図７】 本発明の実施の形態４における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図８】 本発明の実施の形態４における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図９】 本発明の実施の形態５における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図１０】 本発明の実施の形態５における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図１１】 本発明の実施の形態６における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図１２】 本発明の実施の形態６における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図１３】 本発明の実施の形態６における光スイッチの変形例の断面図である（オン状態）。
【図１４】 本発明の実施の形態６における光スイッチの変形例の断面図である（オフ状態）。
【図１５】 本発明の実施の形態７における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図１６】 本発明の実施の形態８における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図１７】 本発明の実施の形態８における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図１８】 本発明の実施の形態８の光スイッチに用いられる、状態を保持する突起が設けられた基板の分解斜視図である。
【図１９】 本発明の実施の形態９における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図２０】 本発明の実施の形態９における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図２１】 本発明の実施の形態９の光スイッチのオフ状態において、非変形の導波路を光が伝搬することを示す模式的平面図である。
【図２２】 本発明の実施の形態１０における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図２３】 本発明の実施の形態１０における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図２４】 本発明の実施の形態１２における光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【図２５】 本発明の実施の形態１２における光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図２６】 従来の光スイッチを含む光導波路装置を示す斜視図である。
【図２７】 図２６の従来の光導波路装置に含まれる光スイッチの断面図である（オン状態）。
【図２８】 図２６の従来の光導波路装置に含まれる光スイッチの断面図である（オフ状態）。
【符号の説明】
２ 導波路収納シート（フィルム状ポリマー）、２ａ フィルム状ポリマー端面、３ 押え板、３ａ 押え板面取り部、５ 導波路（コア）、６ 下側プッシュロッド（駆動機構）、７ 上側プッシュロッド（駆動補助部材）、９ 導波路収納シートの切れ込み部の隙間、１１ 交差部、１２ 孔あきフレーム、１３ 電極付弾性膜、１３ａ 電極付弾性膜の変形部（孔対応部）、１５ 弾性膜、１５ａ 突起部、１６ つるまきばね、１８ 板ばね、１９ 状態保持突起付き基板、１９ａ 状態を保持する突起、１９ｂ，１９ｃ 状態保持突起を含む基板を挟む基板、２０ オフ時に非変形の導波路収納シート、２０ａ オフ時に非変形の導波路収納シートの端面、２５ 導波路収納シートより弾性変形しやすい弾性シート、２６ 空隙を埋めるように導波路収納シートを変形させる駆動機構、２９，３９ 予め設けられた空隙。

Claims (19)

1. 光が伝搬する導波路と、その導波路を収納する導波路収納シートとを備える光導波路装置に設けられた光スイッチであって、
   前記導波路を横断するように切れ込んでいる切れ込み部と、
   前記切れ込み部に対して駆動作用を及ぼす駆動機構と、
   前記駆動機構との間に前記切れ込み部を挟むように位置して、前記駆動機構の補助をする駆動補助部材とを備え、
   前記駆動機構および駆動補助部材は、前記切れ込み部を押し広げて前記導波路の間に空隙を設け、また、前記切れ込み部を接触させて前記導波路を接続する、光スイッチ。
2. 前記切れ込み部は、前記導波路収納シートの一方の側から切れ込んでおり、前記導波路収納シートの他方の側まで達していない切れ込み部である、請求項１に記載の光スイッチ。
3. 前記導波路は前記導波路収納シートの内部で交差しており、前記切れ込み部は、平面的に見て前記交差部を斜めに横切るように配置されている、請求項１または２に記載の光スイッチ。
4. 前記駆動機構は、駆動信号に応じて、前記切れ込み部に向かって進みまた後退し、前記駆動補助部材はその駆動機構の動きに協働して前記切れ込み部に作用を及ぼし、前記駆動機構と前記駆動補助部材とが、前記切れ込み部を押し広げ、また、前記切れ込み部を復元接触させる、請求項１〜３のいずれかに記載の光スイッチ。
5. 前記駆動機構および前記駆動補助部材のうち少なくとも一方は、前記導波路収納シートに略垂直な方向に沿って進退可能な部材を備える、請求項４に記載の光スイッチ。
6. 前記導波路収納シートは、その導波路収納シートを支持するように押える押え板によって押えられており、その押え板は、前記切れ込み部に対応する位置に開口があけられている、請求項１〜５のいずれかに記載の光スイッチ。
7. 前記駆動機構および前記駆動補助部材のうちの少なくとも一方が電圧印加に応じて機械的変形を行なうピエゾ素子から構成される、請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。
8. 前記駆動機構および前記駆動補助部材のうちの少なくとも一方が人工筋肉アクチュエータによって構成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。
9. 前記人工筋肉アクチュエータは、平面的に見て前記切れ込み部に対応する位置に孔があいた孔あきフレームと、その孔あきフレームと前記導波路収納シートとの間に配置された電極付弾性膜とを備え、その人工筋肉アクチュエータが前記導波路収納シートを挟むようにその上側と下側に備えられ、いずれか一方の側の人工筋肉アクチュエータは、前記導波路収納シートとの間に前記孔と同じ領域に孔のあいた孔あきスペーサ膜を備える、請求項８に記載の光スイッチ。
10. 前記駆動補助部材が、前記切れ込み部を含む前記導波路収納シートの表面に配置された弾性シートである、請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。
11. 前記弾性シートの前記切れ込み部に対応する位置に、前記切れ込み部に向かって突き出た凸状突起が取り付けられている、請求項１０に記載の光スイッチ。
12. 前記駆動補助部材が、前記導波路収納シートに対して応力を及ぼすばねである、請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。
13. 前記導波路収納シートと押さえ板との間に保持された基板であって、前記切れ込み部に対応する位置に表面側または裏面側に突き出ている状態を保持する状態保持突起が配置された突起付き基板をさらに備える、請求項１〜６のいずれかに記載の光スイッチ。
14. 前記駆動機構および駆動補助部材が、平面的に見て前記切れ込み部の一方の側の導波路収納シートに当接して前記切れ込み部の押し広げと復元接続とを行ない、他方の側の導波路収納シートを変形させない、請求項１〜１３のいずれかに記載の光スイッチ。
15. 前記押え板の開口部において、前記導波路収納シートを押える前記押え板の端部が面取りされている、請求項１〜１４のいずれかに記載の光スイッチ。
16. 光が伝搬する導波路と、その導波路を収納する導波路収納シートと、前記導波路収納シートを支持して押える支持押え板とを備える光導波路装置に設けられた光スイッチであって、
    前記導波路および前記導波路収納シートを分断して隔てる空隙と、
    前記支持押え板と前記空隙を挟むように配置され、前記空隙に向かって進み、前記空隙の両側の導波路収納シートを前記支持押え板との間に挟んで押さえ変形させて接続させ、また、前記接続された空隙から後退して前記空隙を復元する駆動機構とを備える、光スイッチ。
17. 前記導波路は前記導波路収納シートの内部で交差しており、前記空隙は、平面的に見て前記交差部を斜めに横切るように配置されている、請求項１６に記載の光スイッチ。
18. 前記導波路収納シートと前記下側押え板との間に、前記導波路収納シートよりも弾性変形しやすい弾性シートが配置され、前記空隙が前記弾性シートにまで連続して設けられている、請求項１６または１７に記載の光スイッチ。
19. 前記請求項１〜１８のいずれかの光スイッチを、前記導波路が交差する交差部に備える、光導波路装置。

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