JP3817480B2 - 光スイッチおよびミラー素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜により形成されたミラー素子、および、このミラー素子を備えた光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
端面が向かい合うように配置された４本の光導波路の端面の間に、微小なミラーをアクチュエータにより挿入することにより、光路を切り換える光スイッチが例えば特開２００１−１４２００８号公報に記載されている。この光スイッチは、４本の光導波路が１枚の基板中に形成されており、基板を横切るように溝（凹部）が形成されている。４本の光導波路の端面は、溝の側面に露出されている。微小なミラーが、溝の中に挿入されている状態のときには、光導波路の端面から出射された光がミラーによって反射されて、隣り合う光導波路の端面に入射する。一方、微小なミラーが、溝から取り出されている状態のときには、光導波路の端面から出射された光は、そのまま溝を横切るように直進し、向かい合う位置の光導波路の端面に入射する。
【０００３】
また、Sensors and Actuators A,33(1992)249-256、"Microfabricated Hinges"には、基板上にプレートとなる膜を成膜し、このプレートを基板に対して垂直に起こすことことにより、基板に垂直なプレートを形成することが開示されている。プレートとなる膜の形成プロセスにおいて、プレートの一方の端部と、基板とを接続するヒンジ構造を形成している。このヒンジを中心にプレートを起こし、微細な垂直構造体を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００１−１４２００８号公報に光スイッチは、光導波路基板に設けられた溝に微小なミラーを挿入する構成であるため、ミラーの挿入深さによっては、ミラーの先端が溝の底面に接触し、ミラーが変形する可能性がある。ミラーの挿入深さを制御する方法としては、アクチュエータの駆動力を調整する方法が考えられるが、環境温度等の変化により駆動電源等の出力にドリフトとが生じた場合、位置ずれが生じる。ドリフトを防ぐためには、アクチュエータの位置をフィードバック制御することも可能であるが、システムの肥大化を招き好ましくない。また、ミラーの下部のアクチュエータ部分を光導波路基板の基板面に接触させて、それ以上ミラーが挿入されないようにすることも考えられる。しかしながら、ミラーの下部には、ミラーを支えるヒンジ等の機構を配置する必要があるため、この機構が導波路基板の基板面に接触してしまい、ミラーの垂直度に影響を与える可能性がある。
【０００５】
本発明は、微小なミラーを導波路基板に挿入することにより光路の切り換えを行う光スイッチであって、ミラーの挿入深さを精度良く制御することのできる光スイッチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような光スイッチが提供される。
【０００７】
すなわち、複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする光スイッチである。このストッパ部材が自ら湾曲するような材料であれば、自分から立ち上がるので製造上好ましい。
【００１０】
前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、以上の各光スイッチにおいて、前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成で、自立する板状部材を得ることができる。前記２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料である構成にすることができる。
【００１２】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によれば、以下のようなミラー素子が提供される。
【００１４】
すなわち、複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とするミラー素子である。
【００１７】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする。
【００１８】
ここで、以上の各ミラー素子において、前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成であり、前記２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料である構成にすることができる。
【００１９】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
【００２２】
本実施の形態の光スイッチは、図５（ａ），（ｂ）に示すようにミラー基板３０と光導波路基板４０とをスペーサ５１を挟んで重ね合わせた構成である。ミラー基板３０は、図２または図５のように基板３０上に脚部１０２ｃにより片端が固定された可動板１０２を備え、可動板１０２の上にミラー１０１を搭載した構成である。図１に示したように、ミラー１０１は、ヒンジ１０４により可動板１０２の主平面に対して垂直に支持されている。また、可動板１０２の上には、図１のようにストッパ１０３が搭載されている。ストッパ１０３は、ミラー１０１が光導波路基板４０に挿入される際に挿入深さを制御するストッパとして用いられる。
【００２３】
ストッパ１０３は、図４に示すように窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂとを積層したバイマテリアル構造であり、これら２層が脚部１０３ｃによって可動板１０２に固定されている。また、図示していないが、ミラー基板３０の裏面側には、可動板１０２およびストッパ１０３の温度を一定に保持する温度調節素子が配置されている。
【００２４】
ストッパ１０３は、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの熱膨張係数の差異によって生じる応力ならびに成膜時に生じた応力により、脚部１０３ｃから先端まで円弧状に湾曲している。ストッパ１０３の湾曲の曲率半径は、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの膜厚、成膜条件、ならびに、ストッパ１０３の温度に依存する。よって、図１に示すように温度調節素子によって維持される温度において、ストッパ１０３の先端１０３ｄが可動板１０２から予め定めた所定の高さｈ１に位置する湾曲状態となるように、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの膜厚や、脚部１０３ｃから先端までの長さ等が予め設計されている。
【００２５】
可動板１０２も、図４に示したように窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂとを積層したバイマテリアル構造である。窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの端部は、屈曲して脚部１０２ｃを構成し、ミラー基板３０に固定されている。可動板１０２も、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの熱膨張係数の差異によって生じる応力ならびに成膜時に生じた応力により、脚部１０２ｃから先端まで円弧状に湾曲している。可動板１０２の湾曲の曲率半径は、温度調節素子によって維持される温度において、ミラー１０１を図５（ｂ）のように光導波路基板４０に挿入できる湾曲状態となるように、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの膜厚や、脚部１０２ｃから先端までの長さ等が予め設計されている。
【００２６】
ミラー基板３０は、図４のように、シリコン基板３１と、絶縁層３１ａと、電極膜３２と、配線３４と、絶縁層３３とを有している。絶縁層３１ａは、シリコン基板３１の上面全体に配置され、絶縁層３１ａの上に電極膜３２と配線３４とがそれぞれ配置されている。電極膜３２は、可動板１０２と向かい合う領域に少なくとも配置されている。配線３４は、可動板１０２の脚部１０２ｃに接続されている。絶縁層３３は、電極膜３２と配線３４を覆うように配置されている。
【００２７】
したがって、電極膜３２と、配線３４とに所定の電圧を印加して、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂと電極膜３２とに互いに極性の異なる電荷をチャージすると、可動板１０２は静電力によりミラー基板３０の上面に引き寄せられ、可動板１０２がミラー基板３０の上面に密着した図５（ａ）の状態となり、ミラー１０１を光導波路基板４０に形成された光路から取り出すことができる。
【００２８】
一方、光導波路基板４０には、図３のように切り換えるべき光を伝搬する４本の光導波路４１，４２，４３，４４が埋め込まれている。光導波路基板４０には、中央部に裏面側から幅約数十μｍ程度の溝４６が形成され、溝４６の側面に光導波路４１，４２，４３，４４の端面４１ａ，４２ａ，４３ｂ，４４ｂが露出されている。端面４１ａと端面４２ａとの間隔、ならびに、端面４３ｂと端面４４ｂとの間隔は、図５（ｂ）に示したようにミラー１０１で覆うことのできる間隔に設計されている。
【００２９】
ミラー基板３０は、溝４６にミラー１０１を挿入できるように位置合わせして、図５（ａ），（ｂ）に示すように光導波路基板４０と重ねられている。
【００３０】
ところで、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂとミラー基板３０の電極膜３２との間に電圧を印加した状態では、ミラー１０１は、光導波路４３、４４の端面４３ｂ，４４ｂより下側に位置する。この場合、例えば、図３に示す光導波路４３の端面４３ａから光を入射すると、光導波路４３を伝搬した光は、端面４３ｂから出射され、溝４６を斜めに横切り、対向する光導波路４２の端面４２ａに入射し、光導波路４２を伝搬して端面４２ｂから出射される。また、例えば、光導波路４１の端面４１ｂから光を入射すると、光導波路４１を伝搬した光は、端面４１ａから出射され、溝４６を斜めに横切り、そのまま対向する光導波路４４の端面４４ｂに入射し、光導波路４４を伝搬して端面４４ａから出射される。
【００３１】
一方、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂとミラー基板３０の電極膜３２との間に電圧を印加していない状態に切り換えると、図５（ｂ）のように可動板１０２が、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの応力により湾曲する。この湾曲により、ミラー１０１は、溝４６に挿入される。このとき、ストッパ１０３は、溝４６の幅よりも外側に位置するため、ストッパ１０３の先端１０３ｄが、溝４６の脇の光導波路基板４０の下面４０ａに接触し、ミラー１０１が図５（ｂ）の位置以上に溝４６内に挿入されないように阻止される。これにより、ミラー１０１の上端１０１ａが、溝４６の上面４０ｂに接触しない位置で、ミラー１０１を停止させることができる。したがって、ミラー１０１が溝４６の上面と可動板１０２との間に挟まれて変形する恐れがなく、ミラー１０１の反射面を光導波路基板４０の主平面に垂直に維持することができる。
【００３２】
図５（ｂ）の状態では、ミラー１０１は、光導波路４３、４４の端面４３ｂ，４４ｂを覆うように位置するため、例えば、図３に示す光導波路４３の端面４３ａから光を入射した場合、ミラー１０１の両面が鏡面になっている場合では、光導波路４３を伝搬した光は、端面４３ｂから出射され、ミラー１０１で反射されて、光導波路４４の端面４４ｂに入射し、光導波路４４を伝搬して端面４４ａから出射される。また、例えば、光導波路４１の端面４１ｂから光を入射した場合、光導波路４１を伝搬した光は、端面４１ａから出射され、ミラー１０１で反射され、光導波路４２の端面４２ａに入射し、光導波路４２を伝搬して端面４２ｂから出射される。また、ストッパ１０３を可動板１０２に対して好適な位置に固定する等により、ミラー１０１の反射面が光導波路基板４０に精度良く垂直に維持されるため、反射光を精度良く、端面４４ｂ、４２ａ等に入射させることができる。
【００３３】
ここで、本実施の形態の光スイッチの製造方法を図４および図７（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００３４】
まず、図４のように、シリコン基板３１上に予め絶縁層３１ａと電極膜３２と配線３４と絶縁層３３が形成されたミラー基板３０を用意し、このミラー基板３０上にレジスト層を形成する。このレジスト層は、後に除去される犠牲層である。レジスト層上の、可動板１０２の脚部１０２ｃとなる位置にレジストホールを形成した後、レジスト層の上に順に窒化シリコン膜１０２ａと、Ａｌ膜１０２ｂとを成膜し、可動板１０２の形状にパターニングする。これにより、可動板１０２が形成される。ただし、この状態では基板３０上のレジスト層（犠牲層）は除去しない。
【００３５】
つぎに、可動板１０２の上に、図７（ａ）のようにレジスト層７１を形成する。このレジスト層７１も犠牲層である。このレジスト層７１に、ストッパ１０３の脚部１０３ｃの位置と、ヒンジ１０４が可動板１０２と接触する位置とにそれぞれレジストホール７１ａ、７１ｂを形成する。
【００３６】
レジスト層７１上に窒化シリコン膜を成膜し、ストッパ１０３の窒化シリコン膜１０３ａの形状、および、ヒンジ１０４が可動板１０２と接触するヒンジ下部１０４ａの形状にパターニングする（図７（ｂ））。さらに、Ａｌ膜を成膜し、ストッパ１０３のＡｌ膜１０３ｂの形状、ならびに、ミラー１０１の形状にパターニングする（図７（ｃ））。さらに、上面を覆うように、犠牲層となるレジスト層７３を形成し、ヒンジ１０４の位置にレジストホール７３ｂを形成する（図７（ｄ））。この上に、Ａｌ膜を形成し、ヒンジ１０４の上部１０４ｂの形状にパターニングする。この状態が、図７（ｅ）および図６に図示した状態であり、形成されたミラー１０１とストッパ１０３が犠牲層のレジスト層７３、７１の中に埋め込まれた状態である。この後、ミラー基板と可動板１０２との間の不図示のレジスト層、ならびに、レジスト層７１，７３をアッシングにより除去する。これにより、図４に示したように可動板１０２がミラー基板３０から離れて湾曲する。また、ストッパ１０３も可動板１０２から離れて湾曲して立ち上がる。さらに、ミラー１０１も可動板１０２から離れ、ヒンジ１０４により可動板１０２に片端が固定されている状態となるので、外部から力を加えてミラー１０１を垂直に起こす。ヒンジ１０４は、垂直に立ち上がったミラー１０１を支持する。
【００３７】
温度調節素子（不図示）により、温度を予め定めた温度にする調節すると、ストッパ１０３の先端１０３ｄは、可動板１０２から高さｈ１に湾曲して立ち上がり、可動板１０２は、ミラー１０１を光導波路基板４０に挿入するのに十分な湾曲状態まで立ち上がる。
【００３８】
このミラー基板３０を、別途作成した光導波路基板４０にスペーサ５１を挟んで図５のように重ね合わせることにより、本実施の形態の光スイッチを製造することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ストッパ１０３をミラー１０１の片面側にのみ配置しているが、ミラー１０１の両面にそれぞれストッパ１０３を配置する構成にすることができる。ストッパ１０３を両側に配置することにより、可動板１０２の湾曲が強く、ミラー１０１を光導波路基板４０に押し込む力が強い場合であっても、２つのストッパ１０３により、確実にミラー１０１を位置決めする事が可能である。
【００４０】
なお、ミラー１０１を垂直に支持する構成としては、ヒンジ１０４に限らず、リム構造（アングル）等の他の構成部材を用いることも可能である。また、ヒンジ１０４とアングル等の他の構成部材の両方を備える構成にすることも可能である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
つぎに、第２の実施の形態の光スイッチを図８を用いて説明する。
【００４２】
第２の実施の形態の光スイッチは、第１の実施の形態の光スイッチと似た構成であるが、光スイッチのストッパ１０３に代えて、ストッパ８０３がミラー１０１のミラー面上に取り付けられている点が第１の実施の形態とは異なっている。ストッパ１０３以外の光スイッチの構成は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
第２の実施の形態のストッパ８０３は、ミラー１０１の光の反射を妨げないように反射面の下部に備えられ、ストッパ８０３の側面８０３ａは、ミラー１０１の反射面と垂直、すなわち、可動板１０２の上面と略平行になるように備えられている。ストッパ８０３の湾曲の状態は、ストッパ８０３の脚部８０３ｃから先端８０３ｂまでの高さｈ２が光導波路基板４０の溝４６の溝幅（ここでは約数十μｍ）よりも大きくなるように設定されている。よって、光スイッチの動作によって、ミラー１０１が溝４６に挿入されると、ストッパ８０３の側面８０３ａが、光導波路基板４０の下面４０ａに接触し、ミラー１０１の上端１０１ａが溝の上面４６ｂに接触しない位置でミラー１０１を停止させることができる。ミラー１０１にストッパ８０３が備えられている位置は、ミラー１０１の高さや溝４６の深さ等に応じて予め設計により定められている。
【００４４】
図８のストッパ８０３を備えたミラー１０１を製造する工程としては、まず、第１の実施の形態のミラー１０１の製造工程の図７（ａ）〜（ｅ）のミラー１０１の製造工程を行い、続けて、ミラー１０１上のストッパ８０３の脚部８０３ｃを設けるべき位置に、レジスト層７３に図７（ａ）のレジストホール７１ａを設け、この後続けて図７（ａ）〜（ｅ）のストッパ１０３の製造工程を行うことによりストッパ８０３を形成する。この後、犠牲層のレジスト層を除去することにより、図８のストッパ８０３がミラー１０１上で湾曲して立ち上がる。最後に、外部から力を加えてミラー１０１を可動板１０２上で垂直に起こすことにより、図８のミラー１０１を製造することができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の光スイッチを図９を用いて説明する。
【００４６】
第３の実施の形態の光スイッチは、第１の実施の形態の光スイッチと似た構成であるが、ストッパ１０３に代えて、ストッパ９０３が可動板１０２上に搭載されている点が第１の実施の形態とは異なっている。ストッパ１０３以外の光スイッチの構成は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
第３の実施の形態のストッパ９０３は、図９のように、ミラー１０１の外周を取り囲む形状を有し、ヒンジ９０４によって可動板１０２上に垂直に支持されている。ストッパ９０３とミラー１０１との間には、予め定めた幅の間隙９０３ｂが設けられている。
【００４８】
光スイッチの動作によって、ミラー１０１が溝４６に挿入されると、ストッパ９０３の上端９０３ａが溝４６の上面４０ｂと接触し、ミラー１０１が溝４６の上面４０ｂに接触しない位置でミラー１０１を停止させる。このとき、ストッパ９０３は、可動板１０２と溝４６の上面４０ｂとの間に挟まれ、可動板１０２がストッパ９０３を上面４０ｂに押しつける力によって変形するが、ミラー１０１との間には間隙９０３ｂが設けられているため、ストッパ９０３はミラー１０１には接触しない。
【００４９】
なお、ストッパ９０３の強度を高めるために、ヒンジ１０４の他に強度を増す構成部材を用いることも可能である。また、ストッパ９０３を可動板１０２上に垂直に立てるための構成としては、ヒンジ９０４以外の構成を用いることも可能である。
【００５０】
図９のストッパ９０３およびミラー１０１を可動板１０２に製造する工程としては、第１の実施の形態のミラー１０１の製造工程の図７（ａ）〜（ｅ）のミラー１０１の製造工程を用い、ミラー１０１をパターングする際に、同時にストッパ９０３もパターニングし、ヒンジ１０４を形成する工程で、同時にヒンジ９０４を形成することにより製造することができる。
【００５１】
なお、上述してきた第１〜第３の実施の形態では、ミラー１０１の形状を長方形としているが、この形状に限定されるものではない。例えば、図５（ｂ）ようにミラー１０１が溝４６に挿入された状態で、ミラー１０１の上面が、溝４６の上面４０ｂに平行になるように形状を設定しても良い。
【００５２】
また、上述してきた第１〜第３の実施の形態では、図５（ａ），（ｂ）のように可動板１０２が片持ち支持された構造のスイッチについて説明したが、第１〜第３の実施の形態のミラー１０１およびストッパ１０３等は、ミラー１０１が光導波路基板４０の溝４６中に挿入される構造のものであれば、他の構造の光スイッチに適用することが可能である。
【００５３】
また、第１〜第３の実施の形態の光スイッチにおいて、光導波路基板４０の溝４６中に屈折率を調整した液体を満たす構成にすることも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小なミラーを導波路基板に挿入することにより光路の切り換えを行う光スイッチであって、ミラーの挿入深さを精度良く制御することのできる光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の可動板１０２の先端部の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の切り欠き斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの光導波路基板４０の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の可動板１０２が湾曲している状態の断面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの可動板１０２上にミラー１０１およびストッパ１０３を製造する工程において、レジスト層７３の除去前の上面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの可動板１０２上にミラー１０１およびストッパ１０３を製造する工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態の光スイッチの可動板１０２の先端部の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態の光スイッチの可動板１０２の先端部の斜視図である。
【符号の説明】
３０…ミラー基板、３１…シリコン基板、３２…電極膜、３３…絶縁膜、３４…配線、４０…光導波路基板、４１，４２，４３，４４…光導波路、４６…溝、５１…スペーサ、７１…レジスト層、７３…レジスト層、１０１…ミラー、１０２…可動板、１０２ａ…窒化シリコン膜、１０２ｂ…Ａｌ膜、１０２ｃ…脚部、１０３…ストッパ、１０３ａ…窒化シリコン膜、１０３ｂ…Ａｌ膜、１０３ｃ…脚部、１０４…ヒンジ、１０４ａ…ヒンジの下部、１０４ｂ…ヒンジの上部、８０３…ストッパ、９０３…ストッパ、９０４…ヒンジ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜により形成されたミラー素子、および、このミラー素子を備えた光スイッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
端面が向かい合うように配置された４本の光導波路の端面の間に、微小なミラーをアクチュエータにより挿入することにより、光路を切り換える光スイッチが例えば特開２００１−１４２００８号公報に記載されている。この光スイッチは、４本の光導波路が１枚の基板中に形成されており、基板を横切るように溝（凹部）が形成されている。４本の光導波路の端面は、溝の側面に露出されている。微小なミラーが、溝の中に挿入されている状態のときには、光導波路の端面から出射された光がミラーによって反射されて、隣り合う光導波路の端面に入射する。一方、微小なミラーが、溝から取り出されている状態のときには、光導波路の端面から出射された光は、そのまま溝を横切るように直進し、向かい合う位置の光導波路の端面に入射する。
【０００３】
また、Sensors and Actuators A,33(1992)249-256、"Microfabricated Hinges"には、基板上にプレートとなる膜を成膜し、このプレートを基板に対して垂直に起こすことことにより、基板に垂直なプレートを形成することが開示されている。プレートとなる膜の形成プロセスにおいて、プレートの一方の端部と、基板とを接続するヒンジ構造を形成している。このヒンジを中心にプレートを起こし、微細な垂直構造体を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特開２００１−１４２００８号公報に光スイッチは、光導波路基板に設けられた溝に微小なミラーを挿入する構成であるため、ミラーの挿入深さによっては、ミラーの先端が溝の底面に接触し、ミラーが変形する可能性がある。ミラーの挿入深さを制御する方法としては、アクチュエータの駆動力を調整する方法が考えられるが、環境温度等の変化により駆動電源等の出力にドリフトとが生じた場合、位置ずれが生じる。ドリフトを防ぐためには、アクチュエータの位置をフィードバック制御することも可能であるが、システムの肥大化を招き好ましくない。また、ミラーの下部のアクチュエータ部分を光導波路基板の基板面に接触させて、それ以上ミラーが挿入されないようにすることも考えられる。しかしながら、ミラーの下部には、ミラーを支えるヒンジ等の機構を配置する必要があるため、この機構が導波路基板の基板面に接触してしまい、ミラーの垂直度に影響を与える可能性がある。
【０００５】
本発明は、微小なミラーを導波路基板に挿入することにより光路の切り換えを行う光スイッチであって、ミラーの挿入深さを精度良く制御することのできる光スイッチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のような光スイッチが提供される。
【０００７】
すなわち、複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする光スイッチである。このストッパ部材が自ら湾曲するような材料であれば、自分から立ち上がるので製造上好ましい。
【００１０】
前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、以上の各光スイッチにおいて、前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成で、自立する板状部材を得ることができる。前記２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料である構成にすることができる。
【００１２】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明によれば、以下のようなミラー素子が提供される。
【００１４】
すなわち、複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とするミラー素子である。
【００１７】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする。
【００１８】
ここで、以上の各ミラー素子において、前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成であり、前記２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料である構成にすることができる。
【００１９】
また、前記目的を達成するための他の光スイッチに係る発明は、
複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
【００２２】
本実施の形態の光スイッチは、図５（ａ），（ｂ）に示すようにミラー基板３０と光導波路基板４０とをスペーサ５１を挟んで重ね合わせた構成である。ミラー基板３０は、図２または図５のように基板３０上に脚部１０２ｃにより片端が固定された可動板１０２を備え、可動板１０２の上にミラー１０１を搭載した構成である。図１に示したように、ミラー１０１は、ヒンジ１０４により可動板１０２の主平面に対して垂直に支持されている。また、可動板１０２の上には、図１のようにストッパ１０３が搭載されている。ストッパ１０３は、ミラー１０１が光導波路基板４０に挿入される際に挿入深さを制御するストッパとして用いられる。
【００２３】
ストッパ１０３は、図４に示すように窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂとを積層したバイマテリアル構造であり、これら２層が脚部１０３ｃによって可動板１０２に固定されている。また、図示していないが、ミラー基板３０の裏面側には、可動板１０２およびストッパ１０３の温度を一定に保持する温度調節素子が配置されている。
【００２４】
ストッパ１０３は、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの熱膨張係数の差異によって生じる応力ならびに成膜時に生じた応力により、脚部１０３ｃから先端まで円弧状に湾曲している。ストッパ１０３の湾曲の曲率半径は、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの膜厚、成膜条件、ならびに、ストッパ１０３の温度に依存する。よって、図１に示すように温度調節素子によって維持される温度において、ストッパ１０３の先端１０３ｄが可動板１０２から予め定めた所定の高さｈ１に位置する湾曲状態となるように、窒化シリコン膜１０３ａとＡｌ膜１０３ｂの膜厚や、脚部１０３ｃから先端までの長さ等が予め設計されている。
【００２５】
可動板１０２も、図４に示したように窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂとを積層したバイマテリアル構造である。窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの端部は、屈曲して脚部１０２ｃを構成し、ミラー基板３０に固定されている。可動板１０２も、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの熱膨張係数の差異によって生じる応力ならびに成膜時に生じた応力により、脚部１０２ｃから先端まで円弧状に湾曲している。可動板１０２の湾曲の曲率半径は、温度調節素子によって維持される温度において、ミラー１０１を図５（ｂ）のように光導波路基板４０に挿入できる湾曲状態となるように、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの膜厚や、脚部１０２ｃから先端までの長さ等が予め設計されている。
【００２６】
ミラー基板３０は、図４のように、シリコン基板３１と、絶縁層３１ａと、電極膜３２と、配線３４と、絶縁層３３とを有している。絶縁層３１ａは、シリコン基板３１の上面全体に配置され、絶縁層３１ａの上に電極膜３２と配線３４とがそれぞれ配置されている。電極膜３２は、可動板１０２と向かい合う領域に少なくとも配置されている。配線３４は、可動板１０２の脚部１０２ｃに接続されている。絶縁層３３は、電極膜３２と配線３４を覆うように配置されている。
【００２７】
したがって、電極膜３２と、配線３４とに所定の電圧を印加して、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂと電極膜３２とに互いに極性の異なる電荷をチャージすると、可動板１０２は静電力によりミラー基板３０の上面に引き寄せられ、可動板１０２がミラー基板３０の上面に密着した図５（ａ）の状態となり、ミラー１０１を光導波路基板４０に形成された光路から取り出すことができる。
【００２８】
一方、光導波路基板４０には、図３のように切り換えるべき光を伝搬する４本の光導波路４１，４２，４３，４４が埋め込まれている。光導波路基板４０には、中央部に裏面側から幅約数十μｍ程度の溝４６が形成され、溝４６の側面に光導波路４１，４２，４３，４４の端面４１ａ，４２ａ，４３ｂ，４４ｂが露出されている。端面４１ａと端面４２ａとの間隔、ならびに、端面４３ｂと端面４４ｂとの間隔は、図５（ｂ）に示したようにミラー１０１で覆うことのできる間隔に設計されている。
【００２９】
ミラー基板３０は、溝４６にミラー１０１を挿入できるように位置合わせして、図５（ａ），（ｂ）に示すように光導波路基板４０と重ねられている。
【００３０】
ところで、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂとミラー基板３０の電極膜３２との間に電圧を印加した状態では、ミラー１０１は、光導波路４３、４４の端面４３ｂ，４４ｂより下側に位置する。この場合、例えば、図３に示す光導波路４３の端面４３ａから光を入射すると、光導波路４３を伝搬した光は、端面４３ｂから出射され、溝４６を斜めに横切り、対向する光導波路４２の端面４２ａに入射し、光導波路４２を伝搬して端面４２ｂから出射される。また、例えば、光導波路４１の端面４１ｂから光を入射すると、光導波路４１を伝搬した光は、端面４１ａから出射され、溝４６を斜めに横切り、そのまま対向する光導波路４４の端面４４ｂに入射し、光導波路４４を伝搬して端面４４ａから出射される。
【００３１】
一方、可動板１０２のＡｌ膜１０２ｂとミラー基板３０の電極膜３２との間に電圧を印加していない状態に切り換えると、図５（ｂ）のように可動板１０２が、窒化シリコン膜１０２ａとＡｌ膜１０２ｂの応力により湾曲する。この湾曲により、ミラー１０１は、溝４６に挿入される。このとき、ストッパ１０３は、溝４６の幅よりも外側に位置するため、ストッパ１０３の先端１０３ｄが、溝４６の脇の光導波路基板４０の下面４０ａに接触し、ミラー１０１が図５（ｂ）の位置以上に溝４６内に挿入されないように阻止される。これにより、ミラー１０１の上端１０１ａが、溝４６の上面４０ｂに接触しない位置で、ミラー１０１を停止させることができる。したがって、ミラー１０１が溝４６の上面と可動板１０２との間に挟まれて変形する恐れがなく、ミラー１０１の反射面を光導波路基板４０の主平面に垂直に維持することができる。
【００３２】
図５（ｂ）の状態では、ミラー１０１は、光導波路４３、４４の端面４３ｂ，４４ｂを覆うように位置するため、例えば、図３に示す光導波路４３の端面４３ａから光を入射した場合、ミラー１０１の両面が鏡面になっている場合では、光導波路４３を伝搬した光は、端面４３ｂから出射され、ミラー１０１で反射されて、光導波路４４の端面４４ｂに入射し、光導波路４４を伝搬して端面４４ａから出射される。また、例えば、光導波路４１の端面４１ｂから光を入射した場合、光導波路４１を伝搬した光は、端面４１ａから出射され、ミラー１０１で反射され、光導波路４２の端面４２ａに入射し、光導波路４２を伝搬して端面４２ｂから出射される。また、ストッパ１０３を可動板１０２に対して好適な位置に固定する等により、ミラー１０１の反射面が光導波路基板４０に精度良く垂直に維持されるため、反射光を精度良く、端面４４ｂ、４２ａ等に入射させることができる。
【００３３】
ここで、本実施の形態の光スイッチの製造方法を図４および図７（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。
【００３４】
まず、図４のように、シリコン基板３１上に予め絶縁層３１ａと電極膜３２と配線３４と絶縁層３３が形成されたミラー基板３０を用意し、このミラー基板３０上にレジスト層を形成する。このレジスト層は、後に除去される犠牲層である。レジスト層上の、可動板１０２の脚部１０２ｃとなる位置にレジストホールを形成した後、レジスト層の上に順に窒化シリコン膜１０２ａと、Ａｌ膜１０２ｂとを成膜し、可動板１０２の形状にパターニングする。これにより、可動板１０２が形成される。ただし、この状態では基板３０上のレジスト層（犠牲層）は除去しない。
【００３５】
つぎに、可動板１０２の上に、図７（ａ）のようにレジスト層７１を形成する。このレジスト層７１も犠牲層である。このレジスト層７１に、ストッパ１０３の脚部１０３ｃの位置と、ヒンジ１０４が可動板１０２と接触する位置とにそれぞれレジストホール７１ａ、７１ｂを形成する。
【００３６】
レジスト層７１上に窒化シリコン膜を成膜し、ストッパ１０３の窒化シリコン膜１０３ａの形状、および、ヒンジ１０４が可動板１０２と接触するヒンジ下部１０４ａの形状にパターニングする（図７（ｂ））。さらに、Ａｌ膜を成膜し、ストッパ１０３のＡｌ膜１０３ｂの形状、ならびに、ミラー１０１の形状にパターニングする（図７（ｃ））。さらに、上面を覆うように、犠牲層となるレジスト層７３を形成し、ヒンジ１０４の位置にレジストホール７３ｂを形成する（図７（ｄ））。この上に、Ａｌ膜を形成し、ヒンジ１０４の上部１０４ｂの形状にパターニングする。この状態が、図７（ｅ）および図６に図示した状態であり、形成されたミラー１０１とストッパ１０３が犠牲層のレジスト層７３、７１の中に埋め込まれた状態である。この後、ミラー基板と可動板１０２との間の不図示のレジスト層、ならびに、レジスト層７１，７３をアッシングにより除去する。これにより、図４に示したように可動板１０２がミラー基板３０から離れて湾曲する。また、ストッパ１０３も可動板１０２から離れて湾曲して立ち上がる。さらに、ミラー１０１も可動板１０２から離れ、ヒンジ１０４により可動板１０２に片端が固定されている状態となるので、外部から力を加えてミラー１０１を垂直に起こす。ヒンジ１０４は、垂直に立ち上がったミラー１０１を支持する。
【００３７】
温度調節素子（不図示）により、温度を予め定めた温度にする調節すると、ストッパ１０３の先端１０３ｄは、可動板１０２から高さｈ１に湾曲して立ち上がり、可動板１０２は、ミラー１０１を光導波路基板４０に挿入するのに十分な湾曲状態まで立ち上がる。
【００３８】
このミラー基板３０を、別途作成した光導波路基板４０にスペーサ５１を挟んで図５のように重ね合わせることにより、本実施の形態の光スイッチを製造することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、ストッパ１０３をミラー１０１の片面側にのみ配置しているが、ミラー１０１の両面にそれぞれストッパ１０３を配置する構成にすることができる。ストッパ１０３を両側に配置することにより、可動板１０２の湾曲が強く、ミラー１０１を光導波路基板４０に押し込む力が強い場合であっても、２つのストッパ１０３により、確実にミラー１０１を位置決めする事が可能である。
【００４０】
なお、ミラー１０１を垂直に支持する構成としては、ヒンジ１０４に限らず、リム構造（アングル）等の他の構成部材を用いることも可能である。また、ヒンジ１０４とアングル等の他の構成部材の両方を備える構成にすることも可能である。
【００４１】
（第２の実施の形態）
つぎに、第２の実施の形態の光スイッチを図８を用いて説明する。
【００４２】
第２の実施の形態の光スイッチは、第１の実施の形態の光スイッチと似た構成であるが、光スイッチのストッパ１０３に代えて、ストッパ８０３がミラー１０１のミラー面上に取り付けられている点が第１の実施の形態とは異なっている。ストッパ１０３以外の光スイッチの構成は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００４３】
第２の実施の形態のストッパ８０３は、ミラー１０１の光の反射を妨げないように反射面の下部に備えられ、ストッパ８０３の側面８０３ａは、ミラー１０１の反射面と垂直、すなわち、可動板１０２の上面と略平行になるように備えられている。ストッパ８０３の湾曲の状態は、ストッパ８０３の脚部８０３ｃから先端８０３ｂまでの高さｈ２が光導波路基板４０の溝４６の溝幅（ここでは約数十μｍ）よりも大きくなるように設定されている。よって、光スイッチの動作によって、ミラー１０１が溝４６に挿入されると、ストッパ８０３の側面８０３ａが、光導波路基板４０の下面４０ａに接触し、ミラー１０１の上端１０１ａが溝の上面４６ｂに接触しない位置でミラー１０１を停止させることができる。ミラー１０１にストッパ８０３が備えられている位置は、ミラー１０１の高さや溝４６の深さ等に応じて予め設計により定められている。
【００４４】
図８のストッパ８０３を備えたミラー１０１を製造する工程としては、まず、第１の実施の形態のミラー１０１の製造工程の図７（ａ）〜（ｅ）のミラー１０１の製造工程を行い、続けて、ミラー１０１上のストッパ８０３の脚部８０３ｃを設けるべき位置に、レジスト層７３に図７（ａ）のレジストホール７１ａを設け、この後続けて図７（ａ）〜（ｅ）のストッパ１０３の製造工程を行うことによりストッパ８０３を形成する。この後、犠牲層のレジスト層を除去することにより、図８のストッパ８０３がミラー１０１上で湾曲して立ち上がる。最後に、外部から力を加えてミラー１０１を可動板１０２上で垂直に起こすことにより、図８のミラー１０１を製造することができる。
【００４５】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態の光スイッチを図９を用いて説明する。
【００４６】
第３の実施の形態の光スイッチは、第１の実施の形態の光スイッチと似た構成であるが、ストッパ１０３に代えて、ストッパ９０３が可動板１０２上に搭載されている点が第１の実施の形態とは異なっている。ストッパ１０３以外の光スイッチの構成は、第１の実施の形態と同じであるので説明を省略する。
【００４７】
第３の実施の形態のストッパ９０３は、図９のように、ミラー１０１の外周を取り囲む形状を有し、ヒンジ９０４によって可動板１０２上に垂直に支持されている。ストッパ９０３とミラー１０１との間には、予め定めた幅の間隙９０３ｂが設けられている。
【００４８】
光スイッチの動作によって、ミラー１０１が溝４６に挿入されると、ストッパ９０３の上端９０３ａが溝４６の上面４０ｂと接触し、ミラー１０１が溝４６の上面４０ｂに接触しない位置でミラー１０１を停止させる。このとき、ストッパ９０３は、可動板１０２と溝４６の上面４０ｂとの間に挟まれ、可動板１０２がストッパ９０３を上面４０ｂに押しつける力によって変形するが、ミラー１０１との間には間隙９０３ｂが設けられているため、ストッパ９０３はミラー１０１には接触しない。
【００４９】
なお、ストッパ９０３の強度を高めるために、ヒンジ１０４の他に強度を増す構成部材を用いることも可能である。また、ストッパ９０３を可動板１０２上に垂直に立てるための構成としては、ヒンジ９０４以外の構成を用いることも可能である。
【００５０】
図９のストッパ９０３およびミラー１０１を可動板１０２に製造する工程としては、第１の実施の形態のミラー１０１の製造工程の図７（ａ）〜（ｅ）のミラー１０１の製造工程を用い、ミラー１０１をパターングする際に、同時にストッパ９０３もパターニングし、ヒンジ１０４を形成する工程で、同時にヒンジ９０４を形成することにより製造することができる。
【００５１】
なお、上述してきた第１〜第３の実施の形態では、ミラー１０１の形状を長方形としているが、この形状に限定されるものではない。例えば、図５（ｂ）ようにミラー１０１が溝４６に挿入された状態で、ミラー１０１の上面が、溝４６の上面４０ｂに平行になるように形状を設定しても良い。
【００５２】
また、上述してきた第１〜第３の実施の形態では、図５（ａ），（ｂ）のように可動板１０２が片持ち支持された構造のスイッチについて説明したが、第１〜第３の実施の形態のミラー１０１およびストッパ１０３等は、ミラー１０１が光導波路基板４０の溝４６中に挿入される構造のものであれば、他の構造の光スイッチに適用することが可能である。
【００５３】
また、第１〜第３の実施の形態の光スイッチにおいて、光導波路基板４０の溝４６中に屈折率を調整した液体を満たす構成にすることも可能である。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小なミラーを導波路基板に挿入することにより光路の切り換えを行う光スイッチであって、ミラーの挿入深さを精度良く制御することのできる光スイッチを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の可動板１０２の先端部の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の切り欠き斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの光導波路基板４０の斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチのミラー基板３０の可動板１０２が湾曲している状態の断面図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）はそれぞれ、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの断面図である。
【図６】図６は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの可動板１０２上にミラー１０１およびストッパ１０３を製造する工程において、レジスト層７３の除去前の上面図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１の実施の形態の光スイッチの可動板１０２上にミラー１０１およびストッパ１０３を製造する工程を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２の実施の形態の光スイッチの可動板１０２の先端部の斜視図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態の光スイッチの可動板１０２の先端部の斜視図である。
【符号の説明】
３０…ミラー基板、３１…シリコン基板、３２…電極膜、３３…絶縁膜、３４…配線、４０…光導波路基板、４１，４２，４３，４４…光導波路、４６…溝、５１…スペーサ、７１…レジスト層、７３…レジスト層、１０１…ミラー、１０２…可動板、１０２ａ…窒化シリコン膜、１０２ｂ…Ａｌ膜、１０２ｃ…脚部、１０３…ストッパ、１０３ａ…窒化シリコン膜、１０３ｂ…Ａｌ膜、１０３ｃ…脚部、１０４…ヒンジ、１０４ａ…ヒンジの下部、１０４ｂ…ヒンジの上部、８０３…ストッパ、９０３…ストッパ、９０４…ヒンジ。
Claims (8)
- 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする光スイッチ。 - 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とする光スイッチ。 - 請求項１及び２のいずれか一項に記載の光スイッチにおいて、
前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成であり、該２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料であることを特徴とする光スイッチ。 - 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板と、
前記溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とする光スイッチ。 - 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一方の端部が前記可動板に固定され、該一方の端部から他方の端部へ向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とするミラー素子。 - 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、一部が前記ミラーの主平面に固定され、該固定された一部から固定されていない自由端に向かって立ち上がった板状部材であることを特徴とするミラー素子。 - 請求項５及び６のいずれか一項に記載のミラー素子において、
前記板状部材は、少なくとも２枚の膜を積層した構成であり、該２枚の膜をそれぞれ構成する材料は互いに異なる材料であることを特徴とするミラー素子。 - 複数の光導波路と該光導波路の端面が露出するように形成されている溝とを有する光導波路基板の、該溝に挿入されて光路を切り替えるミラーと、
前記ミラーを搭載し、該ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入するための可動板と、を有し、
前記可動板には、前記ミラーを前記光導波路基板の前記溝に挿入した際に前記光導波路基板の一部と接触し、前記ミラーの挿入深さを制限するストッパ部材が搭載され、
前記ストッパ部材は、前記ミラーの外周との間に予め定めた間隔を開けて、前記ミラーの外周を取り囲む形状を有することを特徴とするミラー素子。
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