JP4763667B2

JP4763667B2 - Groove for fixing optical transmission medium and optical device

Info

Publication number: JP4763667B2
Application number: JP2007241384A
Authority: JP
Inventors: 恵一森; 嘉睦加藤
Original assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Current assignee: Japan Aviation Electronics Industry Ltd
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2009075164A

Description

この発明は例えば光ファイバなどの光伝送媒体を固定する押圧ばね、溝に関し、さらにそのような光伝送媒体が基体上に固定される構造を有する光デバイスに関する。 The present invention relates to a pressure spring and a groove for fixing an optical transmission medium such as an optical fiber, and further relates to an optical device having a structure in which such an optical transmission medium is fixed on a substrate.

図１１はこの種の押圧ばねの従来例として、特許文献１に記載されている構成を示したものであり、図１１Ａは押圧ばねを備えた光スイッチの全体構成を示し、図１１Ｂはその押圧ばねを拡大して示したものである。
この例ではガラス基板１１の表面に接合されたシリコン基板１２に光ファイバを設置する溝１３が４本、十字状をなすように形成されており、これら溝１３の一方の壁面に押圧ばね（ファイバ押え）１４が形成されている。押圧ばね１４は片持ち梁状をなすものとされており、その先端には押し付け部１４ａが形成されている。 FIG. 11 shows a configuration described in Patent Document 1 as a conventional example of this type of pressing spring. FIG. 11A shows an overall configuration of an optical switch provided with the pressing spring, and FIG. This is an enlarged view of the spring.
In this example, four grooves 13 for installing optical fibers are formed on the silicon substrate 12 bonded to the surface of the glass substrate 11 so as to form a cross shape, and a pressure spring (fiber) is formed on one wall surface of these grooves 13. A presser foot 14 is formed. The pressing spring 14 has a cantilever shape, and a pressing portion 14a is formed at the tip thereof.

各溝１３には光ファイバ１５が設置され、光ファイバ１５は押圧ばね１４により押圧されて溝１３の他方の壁面（押圧ばね１４が形成されていない壁面）に押し付けられて固定されている。図１１Ａ中、１６は４本の溝１３が交差する中心部１３ｃに挿抜されるミラーを示し、１７はそのミラー１６が一端に形成されて、一対のヒンジ１８により変位自在に支持された可動ロッドを示す。また、１９は櫛歯型静電アクチュエータを示す。 An optical fiber 15 is installed in each groove 13, and the optical fiber 15 is pressed by a pressing spring 14 and is pressed and fixed to the other wall surface of the groove 13 (a wall surface on which the pressing spring 14 is not formed). In FIG. 11A, reference numeral 16 denotes a mirror inserted into and extracted from a central portion 13c where four grooves 13 intersect. Reference numeral 17 denotes a movable rod having the mirror 16 formed at one end and movably supported by a pair of hinges 18. Indicates. Reference numeral 19 denotes a comb-shaped electrostatic actuator.

一方、図１２は特許文献２に記載されている光ファイバ取り付け部の構成を示したものであり、図１２Ａは光ファイバ取り付け部を備えた光スイッチの外観を示し、図１２Ｂは光ファイバが取り付けられる前の光ファイバ取り付け部の状態を示す。また、図１２Ｃは光ファイバが取り付けられた後の光ファイバ取り付け部の状態を示す。 On the other hand, FIG. 12 shows the configuration of the optical fiber mounting part described in Patent Document 2, FIG. 12A shows the appearance of the optical switch provided with the optical fiber mounting part, and FIG. 12B shows the optical fiber mounting part. The state of the optical fiber attachment part before being shown is shown. FIG. 12C shows a state of the optical fiber attachment portion after the optical fiber is attached.

この例では光スイッチのハウジング２１はガラス基板２２，２３と、それらガラス基板２２，２３によって挟まれたシリコン基板２４とによって構成され、シリコン基板２４に光ファイバ取り付け部２５が形成されている。光ファイバ取り付け部２５は断面凹形状をなし、その左右両側には可動梁部２５ａが設けられている。 In this example, the optical switch housing 21 includes glass substrates 22 and 23 and a silicon substrate 24 sandwiched between the glass substrates 22 and 23, and an optical fiber mounting portion 25 is formed on the silicon substrate 24. The optical fiber attachment portion 25 has a concave cross section, and movable beam portions 25a are provided on both the left and right sides thereof.

光ファイバ取り付け部２５はガラス基板２２の凹部２２ａとガラス基板２３の掘り込み部２３ａとの間に位置しており、掘り込み部２３ａと対向する溝部２５ｂに光ファイバ２６が挿入されると、図１２Ｃに示したように左右の可動梁部２５ａが撓み、光ファイバ２６は溝部２５ｂと掘り込み部２３ａとによって挟持されて位置決め固定されるものとなっている。
特開２００４−６１９５１号公報特開２００４−１０９４８４号公報 The optical fiber attachment portion 25 is located between the recess 22a of the glass substrate 22 and the digging portion 23a of the glass substrate 23, and when the optical fiber 26 is inserted into the groove 25b facing the digging portion 23a, FIG. As shown in FIG. 12C, the left and right movable beam portions 25a are bent, and the optical fiber 26 is positioned and fixed by being sandwiched between the groove portion 25b and the digging portion 23a.
Japanese Patent Laid-Open No. 2004-61951 JP 2004-109484 A

ところで、光ファイバの端部が固定されて光結合される構造を有する光スイッチなどのような光デバイスでは、良好な光結合効率を得るべく、光ファイバの位置決め調整（調芯）が行われ、光ファイバの軸方向位置や軸回りの方位が調整される。そして、この位置決め調整として、光ファイバに実際に光を通して光結合対象への結合光をモニタしながら位置決めをするアクティブアライメントが行われている。 By the way, in an optical device such as an optical switch having a structure in which an end portion of an optical fiber is fixed and optically coupled, optical fiber positioning adjustment (alignment) is performed in order to obtain good optical coupling efficiency. The axial position of the optical fiber and the azimuth around the axis are adjusted. As this positioning adjustment, active alignment is performed in which positioning is performed while monitoring the coupled light to the optical coupling target through light actually passing through the optical fiber.

図１３はこのようなアクティブアライメントを行う際に、光ファイバを把持する把持機構の一例を示したものであり、把持機構３１はこの例では図１３Ｄに示したように、Ｖ溝３２が形成された固定台３３と、その固定台３３上にＶ溝３２を挟んで固定された一対の永久磁石３４と、強磁性体よりなる押さえ蓋３５とによって構成されている。光ファイバ３６はＶ溝３２に配置され、その上に押さえ蓋３５が載置され、押さえ蓋３５が永久磁石３４に吸引されることによって光ファイバ３６が挟持されるものとなっている。 FIG. 13 shows an example of a gripping mechanism for gripping an optical fiber when performing such active alignment. In this example, the gripping mechanism 31 is formed with a V-groove 32 as shown in FIG. 13D. The fixing base 33, a pair of permanent magnets 34 fixed on the fixing base 33 with the V-groove 32 interposed therebetween, and a pressing lid 35 made of a ferromagnetic material. The optical fiber 36 is disposed in the V-groove 32, and a pressing cover 35 is placed thereon. The pressing cover 35 is attracted to the permanent magnet 34 so that the optical fiber 36 is sandwiched.

光ファイバ３６の位置決め調整（アクティブアライメント）はアクチュエータ（図示せず）により把持機構３１を図１３Ａに矢印で示したように軸方向に変位させ、また図１３Ｃに矢印で示したように軸回りに回転させることによって行われる。なお、図１３中、３７は光スイッチの外形を示す。 Positioning adjustment (active alignment) of the optical fiber 36 is performed by displacing the gripping mechanism 31 in the axial direction as shown by an arrow in FIG. 13A by an actuator (not shown) and around the axis as shown by an arrow in FIG. 13C. This is done by rotating. In FIG. 13, reference numeral 37 denotes the outer shape of the optical switch.

上述したような光ファイバの位置決め調整は光ファイバが例えば光スイッチなどの光デバイスに設置された状態で行われ、つまり図１１に示した押圧ばね１４や図１２に示した可動梁部２５ａを有する光ファイバ取り付け部２５のような押圧機構によって押圧された状態で行われる。従って、このような押圧ばね等による光ファイバに対する押圧力は光ファイバの位置決め調整が可能なように、つまり光ファイバが動きうるような大きさの力にしなければならない。 The positioning adjustment of the optical fiber as described above is performed in a state where the optical fiber is installed in an optical device such as an optical switch, that is, the pressing spring 14 shown in FIG. 11 and the movable beam portion 25a shown in FIG. This is performed in a state of being pressed by a pressing mechanism such as the optical fiber attachment portion 25. Accordingly, the pressing force applied to the optical fiber by such a pressing spring or the like must be set to a force large enough to allow the optical fiber to move and adjust.

光ファイバを押圧固定する押圧ばねの押圧力はこのような制約により、強くすることはできず、よって押圧力が弱いことに起因して従来においては光ファイバを図１３に示したような把持機構で把持して位置決め調整した後、光ファイバを把持機構より取り外す際に光ファイバが動いてしまい、位置決め調整した位置からの位置ずれが生じてしまうといった問題があった。 The pressing force of the pressing spring that presses and fixes the optical fiber cannot be increased due to such a restriction. Therefore, the optical fiber is conventionally gripped as shown in FIG. 13 due to the weak pressing force. After the optical fiber is gripped and positioned and adjusted, the optical fiber moves when the optical fiber is removed from the gripping mechanism, resulting in a positional deviation from the position where the optical fiber is positioned and adjusted.

この発明の目的はこの問題に鑑み、基体に設けられた溝に設置される光伝送媒体の位置決め調整時（アライメント時）にはその光伝送媒体を溝内で固定するための押圧力を解除することができるようにし、これにより光伝送媒体の押圧固定時には従来より強い力で押圧固定することができるようにして、従来のように位置決め調整後に位置ずれが生じるといった問題が発生せず、確実に光伝送媒体を固定することができるようにした光伝送媒体固定用の溝及び光デバイスを提供することにある。 In view of this problem, the object of the present invention is to release the pressing force for fixing the optical transmission medium in the groove when adjusting the alignment of the optical transmission medium installed in the groove provided in the base. As a result, when the optical transmission medium is pressed and fixed, it can be pressed and fixed with a stronger force than before. It is an object of the present invention to provide a groove for fixing an optical transmission medium and an optical device that can fix the optical transmission medium.

請求項１の発明によれば、光伝送媒体を位置決め固定するために基体に設けられる光伝送媒体固定用の溝は、溝の一方の壁面に、屈曲形状を有し、両端が壁面に固定された双安定ヒンジよりなる押圧ばねが形成され、その押圧ばねと溝の他方の壁面とがなす間隔の最小値が、双安定ヒンジの第１の安定状態では光伝送媒体の対応する箇所の幅より小とされ、第２の安定状態では前記幅より大とされており、第１の安定状態における前記最小値と前記幅との差は、双安定ヒンジが第１の安定状態から第２の安定状態に向かって移行する変形において、その変形に抗する反力が最初に極大となる点までに前記最小値の位置が変位する距離より小とされる。 According to the first aspect of the present invention, the optical transmission medium fixing groove provided in the base for positioning and fixing the optical transmission medium has a bent shape on one wall surface of the groove, and both ends are fixed to the wall surface. And a minimum distance between the pressing spring and the other wall surface of the groove is less than the width of the corresponding portion of the optical transmission medium in the first stable state of the bistable hinge. The width is smaller than the width in the second stable state, and the difference between the minimum value and the width in the first stable state is that the bistable hinge is in the second stable state from the first stable state. In the deformation that shifts toward the state, the minimum position is made smaller than the distance by which the position of the minimum value is displaced to the point at which the reaction force against the deformation is first maximized.

請求項２の発明によれば、光伝送媒体が基体上に固定される構造を有する光デバイスは、基体に溝が設けられ、その溝の一方の壁面に、屈曲形状を有し、両端が壁面に固定された双安定ヒンジよりなり、その第１の安定状態に近い状態で屈曲形状の凸部が溝内に設置される光伝送媒体の側面を押圧し、第２の安定状態ではその押圧を解除する押圧ばねが形成されており、光伝送媒体は押圧ばねと溝の他方の壁面とに挟持されて固定されており、光伝送媒体を押圧固定している押圧ばねは、第１の安定状態と押圧力が最大となる変形状態との間の状態にあるものとされる。 According to the invention of claim 2, in the optical device having a structure in which the optical transmission medium is fixed on the base, the base is provided with a groove, one wall surface of the groove has a bent shape, and both ends are wall surfaces. The bent convex portion presses the side surface of the optical transmission medium installed in the groove in a state close to the first stable state, and in the second stable state, A pressing spring for releasing is formed, the optical transmission medium is sandwiched and fixed between the pressing spring and the other wall surface of the groove, and the pressing spring pressing and fixing the optical transmission medium is in the first stable state. And the deformation state in which the pressing force is maximized.

請求項３の発明では請求項２の発明において、基体の溝が設けられている表面に、押圧ばねを反転させる治具を位置決めする位置決め孔が設けられているものとされる。 In the invention of claim 2 is the invention of 請 Motomeko 3, the surface of the groove of the base body is provided, the positioning holes for positioning the jig for inverting the pressing spring is assumed to be provided.

この発明によれば、溝内で光伝送媒体を固定する押圧ばねは双安定ヒンジよりなり、光伝送媒体への押圧を解除して溝内で光伝送媒体を解放することができるものとなっており、よって光伝送媒体の位置決め調整はこの解放状態で行うことができ、押圧固定時には従来より強い力で堅固に押圧固定することが可能となる。従って、従来のように位置決め調整後に光伝送媒体に位置ずれが生じるといった問題は発生せず、確実に光伝送媒体を固定することができる。 According to the present invention, the pressure spring for fixing the optical transmission medium in the groove is formed of a bistable hinge, and the optical transmission medium can be released in the groove by releasing the pressure to the optical transmission medium. Therefore, the positioning adjustment of the optical transmission medium can be performed in this released state, and at the time of pressing and fixing, it is possible to press and fix firmly with a stronger force than before. Therefore, there is no problem that the optical transmission medium is displaced after the positioning adjustment as in the prior art, and the optical transmission medium can be securely fixed.

この発明を光スイッチに適用した実施形態を図面を参照して説明する。
図１は２×２光スイッチの平面図であり、板状の基体４１の上面４１ａに光ファイバを設置する４本の溝４２が十字状に形成され、これら溝４２により４分割された１つの領域が駆動体形成部４１’とされる。駆動体形成部４１’にはこれを２分するように４本の溝４２が交差する中心部４２ｃと連通したロッド溝４３が形成され、さらに凹部４４がこのロッド溝４３の他端と連通して形成されている。 An embodiment in which the present invention is applied to an optical switch will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a 2 × 2 optical switch. Four grooves 42 for installing optical fibers are formed in a cross shape on an upper surface 41 a of a plate-like base 41, and one groove divided into four by these grooves 42 is formed. The region is a drive body forming portion 41 ′. A rod groove 43 is formed in the drive body forming portion 41 ′ so as to divide it into two and communicates with a central portion 42 c where four grooves 42 intersect, and a recess 44 communicates with the other end of the rod groove 43. Is formed.

ロッド溝４３にはロッド４５が配され、ロッド４５の中心部４２ｃ側の一端にはミラー４６が設けられている。ロッド４５の凹部４４内に位置する延伸方向中間部の両側にはヒンジ４７ａ，４７ｂが連結され、さらに延伸方向他端の両側にもヒンジ４７ｃ，４７ｄが連結され、これらヒンジ４７ａ〜４７ｄにより、ロッド４５はその延伸方向に移動自在に凹部４４を囲むアンカー部４８に支持されている。 A rod 45 is disposed in the rod groove 43, and a mirror 46 is provided at one end of the rod 45 on the center portion 42 c side. Hinges 47a and 47b are connected to both sides of the intermediate portion in the extending direction located in the recess 44 of the rod 45, and hinges 47c and 47d are connected to both sides of the other end in the extending direction, and the hinges 47a to 47d 45 is supported by an anchor portion 48 surrounding the recess 44 so as to be movable in the extending direction.

ヒンジ４７ａ，４７ｂと４７ｃ，４７ｄとの間において、櫛歯型静電アクチュエータが設けられ、その可動櫛歯電極４９がロッド４５の両側に連結されている。可動櫛歯電極４９はロッド４５の延伸方向両側に櫛歯を有するものとなっている。
可動櫛歯電極４９に対し、ヒンジ４７ｃ，４７ｄ側と４７ａ，４７ｂ側にはそれぞれ可動櫛歯電極４９と組み合わされる第１固定櫛歯電極５１と第２固定櫛歯電極５２とが配置され、これらは凹部４４の底面に固定されている。
４本の溝４２には光ファイバを固定する押圧ばね５３がそれぞれ形成されている。押圧ばね５３は各溝４２の一方の壁面４２ａに形成され、その延伸方向両端が壁面４２ａに固定されている。 A comb-shaped electrostatic actuator is provided between the hinges 47 a and 47 b and 47 c and 47 d, and the movable comb-shaped electrode 49 is connected to both sides of the rod 45. The movable comb electrode 49 has comb teeth on both sides of the rod 45 in the extending direction.
A first fixed comb electrode 51 and a second fixed comb electrode 52 combined with the movable comb electrode 49 are arranged on the hinges 47c, 47d side and 47a, 47b side with respect to the movable comb electrode 49, respectively. Is fixed to the bottom surface of the recess 44.
Each of the four grooves 42 is formed with a pressing spring 53 for fixing the optical fiber. The pressing spring 53 is formed on one wall surface 42a of each groove 42, and both ends in the extending direction are fixed to the wall surface 42a.

図２Ａは押圧ばね５３を拡大して示したものであり、押圧ばね５３はＳ字を組み合わせたような屈曲形状を有するものとされる。図２Ｂはこの押圧ばね５３の延伸方向の基本軸線を直線で示したものであって、各線分の交点（丸印を付した部分）が所定の曲率半径でなめらかに接続されることによって図２Ａに示したような屈曲形状が形成されている。 FIG. 2A is an enlarged view of the pressing spring 53, and the pressing spring 53 has a bent shape such as a combination of S shapes. FIG. 2B shows the basic axis in the extending direction of the pressing spring 53 as a straight line, and the intersection (the part marked with a circle) of each line segment is smoothly connected with a predetermined radius of curvature. A bent shape as shown in FIG.

このような屈曲形状を有する押圧ばね５３は反転動作可能とされ、自己保持可能な２つの安定状態をとることができる双安定ヒンジをなすものとされている。なお、この例では押圧ばね５３は図１に示したように各溝４２にそれぞれ４つ配列形成されており、壁面４２ａの押圧ばね５３形成部分には凹部５４が形成されている。 The pressure spring 53 having such a bent shape can be reversed and forms a bistable hinge that can take two stable states that can be held by itself. In this example, four pressing springs 53 are formed in each groove 42 as shown in FIG. 1, and a depression 54 is formed in the portion of the wall surface 42a where the pressing spring 53 is formed.

図３Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ図１におけるＡ−Ａ断面、Ｂ−Ｂ断面、Ｃ−Ｃ断面を示したものであり、基体４１はこの例では単結晶シリコン基板６１上にシリコン酸化膜よりなる絶縁層６２を介して単結晶シリコン層６３が形成されてなるＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板とされ、単結晶シリコン基板６１上に、その基板板面と平行に変位するロッド４５、ミラー４６、ヒンジ４７ａ〜４７ｄ、可動櫛歯電極４９及び押圧ばね５３といった可動体が単結晶シリコン層６３によって形成されている。これら可動体の下部に位置する絶縁層６２は除去されている。 3A, 3B, and 3C respectively show the AA, BB, and CC sections in FIG. 1, and the base 41 is formed of a silicon oxide film on a single crystal silicon substrate 61 in this example. It is an SOI (Silicon on Insulator) substrate in which a single crystal silicon layer 63 is formed through an insulating layer 62. A rod 45, a mirror 46, a hinge that is displaced parallel to the substrate plate surface on the single crystal silicon substrate 61. The movable bodies such as 47 a to 47 d, the movable comb electrode 49, and the pressing spring 53 are formed by the single crystal silicon layer 63. The insulating layer 62 located under these movable bodies is removed.

また、可動体以外の、第１、第２固定櫛歯電極５１，５２及びアンカー部４８を含め、溝４２を規定する構造体（固定体）が可動体と同様に単結晶シリコン層６３によって形成されており、これら構造体は絶縁層６２を介して単結晶シリコン基板６１上に固定配置されている。 In addition, the structure (fixed body) that defines the groove 42 including the first and second fixed comb electrodes 51 and 52 and the anchor portion 48 other than the movable body is formed by the single crystal silicon layer 63 as in the movable body. These structures are fixedly disposed on the single crystal silicon substrate 61 with an insulating layer 62 interposed therebetween.

図４は図１に示した構成に対し、４本の溝４２にそれぞれ光ファイバ７１〜７４が設置され、図１の状態から反転した押圧ばね５３によって固定された状態を示したものであり、光ファイバ７１〜７４は反転した押圧ばね５３の屈曲形状中央の凸部５３ａによって側面が押圧され、押圧ばね５３と溝４２の他方の壁面（押圧ばね５３が形成されていない側の壁面）４２ｂとに挟持されて固定されている。なお、押圧ばね５３の反転のさせ方については後述する。 FIG. 4 shows a state in which optical fibers 71 to 74 are respectively installed in the four grooves 42 and are fixed by a pressing spring 53 inverted from the state of FIG. The side surfaces of the optical fibers 71 to 74 are pressed by the convex portion 53a at the center of the bent shape of the inverted pressing spring 53, and the other wall surface (the wall surface on the side where the pressing spring 53 is not formed) 42b of the pressing spring 53 and the groove 42. It is pinched and fixed. In addition, how to reverse the pressing spring 53 will be described later.

この図４に示した初期状態（第１安定状態）ではミラー４６は中心部４２ｃに位置しており、例えば光ファイバ７１から出射された光はミラー４６によって反射されて光ファイバ７３に入射し、光ファイバ７２から出射された光は同様にミラー４６によって反射されて光ファイバ７４に入射する。 In the initial state (first stable state) shown in FIG. 4, the mirror 46 is located at the central portion 42c. For example, the light emitted from the optical fiber 71 is reflected by the mirror 46 and enters the optical fiber 73. Similarly, the light emitted from the optical fiber 72 is reflected by the mirror 46 and enters the optical fiber 74.

ロッド４５、ヒンジ４７ａ〜４７ｄを介して可動櫛歯電極４９と電気的につながれているアンカー部４８及び第２固定櫛歯電極５２をアースした状態で第１固定櫛歯電極５１に電圧を印加すれば、第１固定櫛歯電極５１と可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第１安定状態の保持力よりも大きい場合、ヒンジ４７ａ〜４７ｄは第２安定状態へと反転し、電圧の印加を絶ってもその状態で自己保持される。この時、ミラー４６は図５に示したように中心部４２ｃから退避した状態となり、光ファイバ７１，７２からの各出射光は直進し、それぞれ光ファイバ７４，７３に入射される。 A voltage is applied to the first fixed comb electrode 51 in a state where the anchor portion 48 and the second fixed comb electrode 52 electrically connected to the movable comb electrode 49 via the rod 45 and the hinges 47a to 47d are grounded. For example, when an electrostatic attraction force acts between the first fixed comb electrode 51 and the movable comb electrode 49 and the force is larger than the holding force in the first stable state, the hinges 47a to 47d are in the second stable state. Inverted to self-hold in that state even if the voltage application is stopped. At this time, the mirror 46 is retracted from the central portion 42c as shown in FIG. 5, and each outgoing light from the optical fibers 71 and 72 travels straight and enters the optical fibers 74 and 73, respectively.

一方、アンカー部４８及び第１固定櫛歯電極５１をアースした状態で第２固定櫛歯電極５２に電圧を印加すれば、第２固定櫛歯電極５２と可動櫛歯電極４９との間に静電吸引力が働き、その力が第２安定状態の保持力よりも大きい場合、ヒンジ４７ａ〜４７ｄは再び第１安定状態へと戻り、このようにして光路切り替えが行われるものとなっている。 On the other hand, if a voltage is applied to the second fixed comb electrode 52 in a state where the anchor portion 48 and the first fixed comb electrode 51 are grounded, static electricity is generated between the second fixed comb electrode 52 and the movable comb electrode 49. When the electrosuction force works and the force is larger than the holding force in the second stable state, the hinges 47a to 47d return to the first stable state again, and the optical path is switched in this way.

上記における第１安定状態及び第２安定状態はヒンジ４７ａ〜４７ｄの形状をその延伸方向に適切なＳ字形状とすることで得ることができる。なお、第１又は第２固定櫛歯電極５１又は５２と、可動櫛歯電極４９との間にそれぞれ電圧を印加するには、例えば第１、第２固定櫛歯電極５１，５２にそれぞれボンディングワイヤを接続しておき、それらボンディングワイヤとアンカー部４８との間に電圧を印加するようにすればよい。 The 1st stable state and the 2nd stable state in the above can be obtained by making the shape of hinges 47a-47d into the S shape suitable for the extending direction. In order to apply a voltage between the first or second fixed comb electrode 51 or 52 and the movable comb electrode 49, for example, a bonding wire is applied to each of the first and second fixed comb electrodes 51 and 52. Are connected, and a voltage may be applied between the bonding wire and the anchor portion 48.

次に、具体的数値例をもとに押圧ばね５３の特性及び使用形態について説明する。
図２Ｂに示したように、押圧ばね５３を、その延伸方向において各部に分け、それら各部の寸法をＬ_１〜Ｌ_５とし、また両端部に対する中央部の突出寸法をＤ_１とする。この例ではこれらＬ_１〜Ｌ_５及びＤ_１は、
Ｌ_１＝Ｌ_５＝５０（μｍ）
Ｌ_２＝Ｌ_３＝Ｌ_４＝１００（μｍ）
Ｄ_１＝１５（μｍ）
とされ、丸印を付した部分は曲率半径５００μｍの円弧でなめらかに接続されているものとする。また、幅Ｗ及び高さＨ（＝単結晶シリコン層６３の厚さ）は、
Ｗ＝５（μｍ）
Ｈ＝１００（μｍ）
とする。 Next, characteristics and usage forms of the pressing spring 53 will be described based on specific numerical examples.
As shown in FIG. 2B, the pressing spring 53 is divided into parts in the extending direction, the dimensions of these parts are L _{1 to} L _5, and the projecting dimension of the central part with respect to both ends is D ₁ . In this example, these L _{1 to} L ₅ and D ₁ are
L ₁ = L ₅ = 50 (μm)
L ₂ = L ₃ = L ₄ = 100 (μm)
D ₁ = 15 (μm)
It is assumed that the circled portions are smoothly connected with an arc having a curvature radius of 500 μm. Further, the width W and the height H (= the thickness of the single crystal silicon layer 63) are:
W = 5 (μm)
H = 100 (μm)
And

図６はこのような寸法を有し、双安定ヒンジとされた押圧ばね５３の力−変位特性を示したものであり、図６中、点Ｐ_１は第１の安定状態を示し、点Ｐ_２は第２の安定状態（図１及び２に示した状態）を示す。横軸は第１の安定状態を原点とし、その第１の安定状態から押圧ばね５３の延伸方向中央の凸部５３ａ（図４参照）の頂点を溝４２の壁面４２ａに垂直に押し込んでいった時の凸部５３ａの頂点の変位を示し、縦軸はその際に押圧ばね５３が発生する反力を示す。 FIG. 6 shows the force-displacement characteristic of the pressing spring 53 having such a dimension as a bistable hinge. In FIG. 6, a point P ₁ shows a first stable state, and a point P 1 ₂ indicates a second stable state (the state shown in FIGS. 1 and 2). The horizontal axis has the first stable state as the origin, and from the first stable state, the vertex of the convex portion 53a (see FIG. 4) at the center in the extending direction of the pressing spring 53 is pushed vertically into the wall surface 42a of the groove 42. The displacement of the vertex of the convex part 53a at the time is shown, and the vertical axis shows the reaction force generated by the pressing spring 53 at that time.

押圧ばね５３は第１の安定状態から押し込まれることにより点Ｑで反力が極大となり、つまり光ファイバ７１〜７４を押圧する力が最大となる。この例ではこの押圧力が最大となる点Ｑの手前の変位８μｍの状態（点Ｒ）で押圧ばね５３が光ファイバ７１〜７４を押圧するように設定する。 When the pressing spring 53 is pressed from the first stable state, the reaction force becomes maximum at the point Q, that is, the force pressing the optical fibers 71 to 74 is maximized. In this example, the pressing spring 53 is set so as to press the optical fibers 71 to 74 in a state (point R) with a displacement of 8 μm before the point Q where the pressing force becomes maximum.

このように光ファイバ７１〜７４を押圧する力が最大となる点Ｑより手前の点Ｒで光ファイバ７１〜７４を押圧する構成とすることにより、光ファイバ７１〜７４を押圧固定した状態から押圧ばね５３を外す方向の、つまり押圧ばね５３を押し込む方向の光ファイバ７１〜７４の動きに対してはさらに強い押圧力（反力）が作用することになり、ひいては押圧ばね５３の最大押圧力が作用することになり、光ファイバ７１〜７４を確実に固定することができるものとなる。 In this way, by pressing the optical fibers 71 to 74 at the point R before the point Q at which the force pressing the optical fibers 71 to 74 is maximized, the optical fibers 71 to 74 are pressed from the fixed state. A stronger pressing force (reaction force) acts on the movement of the optical fibers 71 to 74 in the direction in which the spring 53 is removed, that is, in the direction in which the pressing spring 53 is pushed, and as a result, the maximum pressing force of the pressing spring 53 is increased. As a result, the optical fibers 71 to 74 can be reliably fixed.

上記のような押圧ばね５３の使用状態は、言い換えれば押圧ばね５３と溝４２の他方の壁面４２ｂとがなす間隔の最小値が、押圧ばね５３の第１の安定状態では光ファイバの外径（幅）より小とされ、第２の安定状態では光ファイバの外径より大とされることであり、第１の安定状態における前記最小値と光ファイバの外径との差は、押圧ばね５３が第１の安定状態から第２の安定状態に向かって移行する変形において、その変形に抗する反力が最初に極大となる点（点Ｑ）までに前記最小値の位置（この例では凸部５３ａの頂点）が変位する距離より小とされる。 In other words, the use state of the pressure spring 53 is the minimum value of the distance between the pressure spring 53 and the other wall surface 42b of the groove 42. In the first stable state of the pressure spring 53, the outer diameter of the optical fiber ( The width is smaller than the outer diameter of the optical fiber in the second stable state, and the difference between the minimum value and the outer diameter of the optical fiber in the first stable state is the pressure spring 53. In the deformation that moves from the first stable state to the second stable state, the position of the minimum value (in this example, convex) is reached by the point (point Q) where the reaction force against the deformation is first maximized. The apex of the portion 53a) is smaller than the displacement distance.

押圧ばね５３の点Ｒ（変位８μｍ）での押圧力は図６より１．７５×１０^−２Ｎとなり、極めて強い力で光ファイバ７１〜７４を固定することができる。 The pressing force at the point R (displacement 8 μm) of the pressing spring 53 is 1.75 × 10 ⁻² N from FIG. 6, and the optical fibers 71 to 74 can be fixed with an extremely strong force.

図７は比較例として、前述の図１１に示した押圧ばね１４と同様、片持ち梁構造とされた押圧ばね８１を示したものであり、この押圧ばね８１の長さＬを１５０μｍとし、幅Ｗ及び高さＨを上述した押圧ばね５３と同様、Ｗ：５μｍ，Ｈ：１００μｍとし、さらに光ファイバ押圧固定時に光ファイバに押され、矢印８２方向へ変位する距離を８μｍとすると、この押圧ばね８１の押圧力（発生する反力）は８．１５×１０^−４Ｎとなる。これに対し、この発明による押圧ばね５３の押圧力は上記したように１．７５×１０^−２Ｎであって、図７の押圧ばね８１の約２１倍の押圧力を得られるものとなっている。 FIG. 7 shows, as a comparative example, a pressing spring 81 having a cantilever structure similar to the pressing spring 14 shown in FIG. 11 described above. The length L of the pressing spring 81 is 150 μm, and the width When W and height H are set to W: 5 μm, H: 100 μm, and the distance displaced in the direction of the arrow 82 is 8 μm when W is 5 μm and H is 100 μm, and the distance is 8 μm. The pressing force 81 (reaction force generated) is 8.15 × 10 ⁻⁴ N. On the other hand, the pressing force of the pressing spring 53 according to the present invention is 1.75 × 10 ⁻² N as described above, and a pressing force approximately 21 times that of the pressing spring 81 of FIG. 7 can be obtained. Yes.

押圧ばね５３の初期状態（作製状態）は図１に示した状態（第２の安定状態）とされ、この状態で光ファイバ７１〜７４が溝４２に設置されてその位置決め調整（アクティブアライメント）が行われる。位置決め調整は光ファイバを図１３に示したような把持機構３１によって把持することによって行われ、その軸方向位置や軸回りの方位が調整される。 The initial state (manufacturing state) of the pressing spring 53 is the state shown in FIG. 1 (second stable state). In this state, the optical fibers 71 to 74 are installed in the groove 42, and the positioning adjustment (active alignment) is performed. Done. The positioning adjustment is performed by gripping the optical fiber by the gripping mechanism 31 as shown in FIG. 13, and the axial position and the direction around the axis are adjusted.

溝４２の幅は光ファイバ７１〜７４の位置決め調整を支障なく行えるよう、光ファイバ７１〜７４の外径よりも若干大とされる。押圧ばね５３は第２の安定状態では凹部５４内に位置し、溝４２内には突出しておらず、光ファイバ７１〜７４は溝４２内で解放されている。この例では光ファイバ７１〜７４の外径は１２５μｍとされ、溝４２の幅は光ファイバ７１〜７４の外径に対し、２μｍ程度大とされている。 The width of the groove 42 is slightly larger than the outer diameter of the optical fibers 71 to 74 so that the positioning adjustment of the optical fibers 71 to 74 can be performed without any trouble. In the second stable state, the pressing spring 53 is located in the recess 54, does not protrude into the groove 42, and the optical fibers 71 to 74 are released in the groove 42. In this example, the outer diameter of the optical fibers 71 to 74 is 125 μm, and the width of the groove 42 is about 2 μm larger than the outer diameter of the optical fibers 71 to 74.

光ファイバの位置決め調整が完了したら、押圧ばね５３が反転され、光ファイバが押圧固定される。そして、押圧ばね５３によって光ファイバを固定した後、光ファイバを把持している把持機構３１が取り外される。 When the positioning adjustment of the optical fiber is completed, the pressing spring 53 is reversed and the optical fiber is pressed and fixed. And after fixing an optical fiber with the press spring 53, the holding mechanism 31 holding the optical fiber is removed.

押圧ばね５３の反転は治具を使用して行うのが好ましい。図８は光スイッチに治具が対向された状態を図１におけるＤ−Ｄ断面で示したものである。治具９１は金属製とされ、この例では一対の位置決めピン９２と押圧ばね５３を反転させるためのピン９３を具備するものとなっている。なお、光スイッチの基体４１の上面４１ａには治具９１の位置決めピン９２が係合する一対の位置決め孔５５が形成されている。 The reversal of the pressing spring 53 is preferably performed using a jig. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line DD in FIG. The jig 91 is made of metal, and in this example, includes a pair of positioning pins 92 and a pin 93 for reversing the pressing spring 53. A pair of positioning holes 55 for engaging the positioning pins 92 of the jig 91 are formed on the upper surface 41a of the base body 41 of the optical switch.

位置決め孔５５はこの例では逆ピラミッド形状をなすものとされ、位置決めピン９２はその先端が逆ピラミッド形状の位置決め孔５５と係合する四角錐形状をなすものとされている。また、押圧ばね５３を反転させるためのピン９３は先端がテーパ形状（先細形状）をなすものとされている。 The positioning hole 55 has an inverted pyramid shape in this example, and the positioning pin 92 has a quadrangular pyramid shape whose tip engages with the positioning hole 55 having an inverted pyramid shape. Further, the tip 93 of the pin 93 for reversing the pressing spring 53 has a tapered shape (tapered shape).

治具９１による押圧ばね５３の反転は光スイッチの一対の位置決め孔５５に位置決めピン９２を位置決め挿入することによって行われ、この際ピン９３の先端が第２の安定状態にある押圧ばね５３の溝４２とは反対側にある隙間（凹部５４側の隙間）に挿入され、押圧ばね５３がその裏側（光ファイバと反対側）から押されることによって反転する。 The reversal of the pressing spring 53 by the jig 91 is performed by positioning and inserting the positioning pin 92 into the pair of positioning holes 55 of the optical switch. At this time, the tip of the pin 93 is the groove of the pressing spring 53 in the second stable state. It is inserted into a gap on the opposite side to 42 (a gap on the concave portion 54 side), and reverses when the pressing spring 53 is pushed from the back side (the side opposite to the optical fiber).

このような治具９１による押圧ばね５３の反転は光スイッチの全ての押圧ばね５３を同時に反転させ、全ての光ファイバ７１〜７４を一括して固定するのが好ましく、よって図８ではピン９３を２本のみ描いているが、治具９１はこの例では光スイッチの１６個の押圧ばね５３に対応して１６本のピン９３を具備するものとなっている。 Such reversal of the pressing spring 53 by the jig 91 preferably reverses all the pressing springs 53 of the optical switch at the same time, and fixes all the optical fibers 71 to 74 at a time. Therefore, in FIG. Although only two are drawn, the jig 91 is provided with 16 pins 93 corresponding to the 16 pressing springs 53 of the optical switch in this example.

上述したように治具９１を用いて押圧ばね５３を反転させるようにすれば、確実かつ簡易に押圧ばね５３を一括して反転させることができる。なお、この例のように基体４１の位置決め孔５５を逆ピラミッド形状の孔とし、それに係合する位置決めピン９２の先端を四角錐形状とすることにより、位置決めピン９２の挿入深さが規定され、かつ方位（向き）も規定されるため、極めて正確に治具９１が位置決めされるものとなる。 If the pressing spring 53 is reversed using the jig 91 as described above, the pressing springs 53 can be reversed in a reliable and simple manner. In addition, the insertion depth of the positioning pin 92 is defined by making the positioning hole 55 of the base body 41 into an inverted pyramid-shaped hole and making the tip of the positioning pin 92 engaged therewith a quadrangular pyramid shape as in this example, In addition, since the azimuth (orientation) is also defined, the jig 91 is positioned very accurately.

以上説明したように、この例によれば押圧ばねを双安定ヒンジよりなるものとしたことにより、図１１や図１２に示したような光ファイバを常時押圧する構造とされた押圧ばね等と異なり、光ファイバの位置決め調整時には押圧力を解除することができ、これにより光ファイバの押圧固定時には従来より強い力で押圧固定することができるものとなっている。従って、従来のように光ファイバを位置決め調整後に押圧力の弱さに起因して位置ずれが生じるといった問題は発生せず、確実に光ファイバを固定することができる。 As described above, according to this example, the pressing spring is made of a bistable hinge, which is different from the pressing spring or the like configured to always press the optical fiber as shown in FIGS. When the optical fiber is positioned and adjusted, the pressing force can be released, and when the optical fiber is pressed and fixed, it can be pressed and fixed with a stronger force than before. Therefore, there is no problem that the position shift occurs due to the weak pressing force after the positioning adjustment of the optical fiber as in the prior art, and the optical fiber can be securely fixed.

次に、図１に示した光スイッチの作製方法を図９及び１０を参照して工程順（１）〜（７）に説明する。なお、図９は図１のＤ−Ｄ断面を示し、図１０は図１のＡ−Ａ断面を示している。
（１）基体４１として用いるＳＯＩ基板を用意し、その単結晶シリコン層６３の表面にマスク層６４を形成する。マスク層６４はシリコン酸化膜とされる。
（２）単結晶シリコン層６３に形成する治具９１用の位置決め孔５５の形状をフォトリソグラフィによりマスク層６４にパターニングしてマスク６５を形成する。
（３）水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液を用い、単結晶シリコン層６３を異方性エッチングする。単結晶シリコン層６３に逆ピラミッド形状の位置決め孔５５が形成される。
（４）再度、単結晶シリコン層６３の表面にシリコン酸化膜のマスク層６６を形成する。
（５）単結晶シリコン層６３によって形成する光スイッチの可動体及び固定体の形状を、つまり側壁面を規定するパターンをフォトリソグラフィによりマスク層６６にパターニングしてマスク６７を形成する。
（６）ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）を用いたガス反応性のドライエッチングにより、マスク６７によってマスクされていない単結晶シリコン層６３を絶縁層６２が露出するまでほぼ垂直にエッチングする。
（７）フッ化水素酸（ＨＦ）溶液に浸し、絶縁層６２を選択的にエッチングする。この時のエッチング時間は可動体の下に位置する絶縁層６２は完全に除去され、固定体の下には絶縁層６２が残る時間とする。この際、マスク６７も同時にエッチング除去される。
最後に、ミラー４６に反射膜を成膜し、光スイッチが完成する。反射膜は例えばＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉ多層膜とされる。 Next, a method for manufacturing the optical switch shown in FIG. 1 will be described in the order of steps (1) to (7) with reference to FIGS. 9 shows a DD cross section of FIG. 1, and FIG. 10 shows an AA cross section of FIG.
(1) An SOI substrate used as the substrate 41 is prepared, and a mask layer 64 is formed on the surface of the single crystal silicon layer 63. The mask layer 64 is a silicon oxide film.
(2) The mask 65 is formed by patterning the shape of the positioning hole 55 for the jig 91 formed in the single crystal silicon layer 63 into the mask layer 64 by photolithography.
(3) The single crystal silicon layer 63 is anisotropically etched using a potassium hydroxide (KOH) solution. A positioning hole 55 having an inverted pyramid shape is formed in the single crystal silicon layer 63.
(4) A silicon oxide mask layer 66 is formed on the surface of the single crystal silicon layer 63 again.
(5) The mask 67 is formed by patterning the shape of the movable body and the fixed body of the optical switch formed by the single crystal silicon layer 63, that is, the pattern defining the side wall surface on the mask layer 66 by photolithography.
(6) By gas reactive dry etching using ICP (Inductively Coupled Plasma), the single crystal silicon layer 63 not masked by the mask 67 is etched almost vertically until the insulating layer 62 is exposed.
(7) The insulating layer 62 is selectively etched by dipping in a hydrofluoric acid (HF) solution. The etching time at this time is a time when the insulating layer 62 located under the movable body is completely removed and the insulating layer 62 remains under the fixed body. At this time, the mask 67 is also etched away.
Finally, a reflective film is formed on the mirror 46 to complete the optical switch. The reflective film is, for example, an Au / Pt / Ti multilayer film.

以上、光伝送媒体を光ファイバとし、光デバイスとして光スイッチを例に説明したが、この発明はこれに限定されず、例えば柱状レンズやロッド状のスペーサ等の光ファイバ以外の光伝送媒体の固定にも適用することができる。なお、押圧ばねによる光伝送媒体の押圧固定後、さらに接着剤によって接着固定するようにしてもよい。 The optical transmission medium has been described as an optical fiber, and an optical switch has been described as an example of an optical device. However, the present invention is not limited to this. For example, fixing an optical transmission medium other than an optical fiber such as a columnar lens or a rod-shaped spacer It can also be applied to. In addition, after the optical transmission medium is pressed and fixed by the pressing spring, it may be further bonded and fixed by an adhesive.

この発明による光デバイスの一実施例として光スイッチの構成を示した平面図。The top view which showed the structure of the optical switch as one Example of the optical device by this invention. 図１における押圧ばねの詳細を説明するための図。The figure for demonstrating the detail of the press spring in FIG. Ａは図１のＡ−Ａ断面図、Ｂは図１のＢ−Ｂ断面図、Ｃは図１のＣ−Ｃ断面図。1A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 1, and C is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 図１の光スイッチの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the optical switch of FIG. 図１の光スイッチの動作を説明するための図。The figure for demonstrating operation | movement of the optical switch of FIG. 図１における押圧ばねの力−変位特性を示すグラフ。The graph which shows the force-displacement characteristic of the press spring in FIG. 押圧ばねの比較例を示す図。The figure which shows the comparative example of a press spring. 図１における押圧ばねを反転させるための治具の構成を説明するための図。The figure for demonstrating the structure of the jig | tool for reversing the press spring in FIG. 図１に示した光スイッチの作製方法を説明するための図（その１）。The figure for demonstrating the manufacturing method of the optical switch shown in FIG. 1 (the 1). 図１に示した光スイッチの作製方法を説明するための図（その２）。FIG. 2 is a diagram for explaining a manufacturing method of the optical switch shown in FIG. 1 (No. 2). 光ファイバを押圧固定する機構の従来構成の一例を説明するための図。The figure for demonstrating an example of the conventional structure of the mechanism which presses and fixes an optical fiber. 光ファイバを押圧固定する機構の従来構成の他の例を説明するための図。The figure for demonstrating the other example of the conventional structure of the mechanism which presses and fixes an optical fiber. 光ファイバを位置決め調整する際に使用する光ファイバの把持機構を説明するための図。The figure for demonstrating the holding mechanism of the optical fiber used when positioning and adjusting an optical fiber.

Claims

A groove for fixing the optical transmission medium provided in the base for positioning and fixing the optical transmission medium,
A pressing spring comprising a bistable hinge having a bent shape and having both ends fixed to the wall surface is formed on one wall surface of the groove,
In the first stable state of the bistable hinge, the minimum distance between the pressing spring and the other wall surface of the groove is smaller than the width of the corresponding portion of the optical transmission medium, and the second stable state. It is said that it is larger than the width ,
The difference between the minimum value and the width in the first stable state before SL, in variations where the bistable hinge is shifted toward the second stable state from said first stable state, against its deformation A groove for fixing an optical transmission medium, characterized in that the position of the minimum value is smaller than a distance by which the reaction force reaches a maximum at first.

An optical device having a structure in which an optical transmission medium is fixed on a substrate,
A groove is provided in the base;
One wall surface of the groove is formed of a bistable hinge having a bent shape and both ends fixed to the wall surface, and the bent convex portion is installed in the groove in a state close to the first stable state. A pressure spring is formed to press the side surface of the optical transmission medium to be released and release the pressure in the second stable state;
The optical transmission medium is sandwiched and fixed between the pressing spring and the other wall surface of the groove ,
Before the pressing spring that presses and fixes the climate transmission medium, said first optical device, characterized in that in a state between a deformed state in which the stable state and the pressing force is maximized.

The optical device according to claim 2 .
An optical device, wherein a positioning hole for positioning a jig for reversing the pressing spring is provided on a surface of the substrate on which the groove is provided.