JP3973458B2 - 光スイッチ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信設備において光路の切替に用いられる光スイッチとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光スイッチとして、特願２０００−３７１３５１に記載されたものがある。図１８を参照して、この光スイッチ１００について説明する。光スイッチ１００は、ポリマーシート１０１を押え板１０２ａ，１０２ｂで挟みこんだ構造をしている。ポリマーシート１０１の内部にはポリマーシートの他の部分より屈折率の高い材質で形成された光導波路３が格子状に延びている。光導波路３同士の交差点を横断するようにポリマーシート１０１の表面に切れ目４ａ〜４ｄが設けられている。これらの切れ目４ａ〜４ｄを露出させるように押え板１０２ａ，１０２ｂにそれぞれ開口部５ａ〜５ｄが設けられている。これらの開口部５ａ〜５ｄが光路の切り替えを行なうための「ポート」を構成する。
【０００３】
光信号は、図１８に矢印で示すように図中左下からポリマーシート１０１の光導波路３に入射する。各ポート近傍の断面図を図１９、図２０に示す。各ポートでは、駆動手段としての押圧部材２６によってポリマーシート１０１を下から押し上げるか否かによって、光路の選択を行なうことができる。図１９に示すように、ポリマーシート１０１を押し上げない状態では、ポリマーシート１０１の切れ目４は密着しているため、光導波路３は連続しており、光信号はそのまま通過する。しかし、図２０に示すように押圧部材２６でポリマーシート１０１を押し上げた場合、切れ目４が開くことによって光導波路３は分断され、光信号は光導波路３と空気との境界面で反射する。この切れ目４は、光導波路３同士の交差点にあるので、この場合、光信号は、反射によって進路を変える。
【０００４】
図１８の例では、開口部５ａ，５ｃに対応する各ポートにおいてのみ押し上げられ、切れ目４ａ，４ｃが開いている。したがって、これらのポートでは光信号の反射が起こり、他のポートでは光信号は反射せずそのまま直進している。このようにして、複数の入口のいずれかから入射した光信号を光スイッチの複数ある出口のうちのどこから出射させるかを、その都度駆動手段の操作により選択することができる。
【０００５】
なお、図１８では４つのポートのみが表示されているが、図１８は、光スイッチ１００の一部分を取出して拡大した図であり、実際にはより多くのポートが配置され、より多くの本数の光導波路３が配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造の光スイッチにおいて、押圧部材２６による押圧力は切れ目４の切断面に垂直に、すなわち切断面を互いに引き離す方向にのみ作用すべきであるが、開口部５が円形であるため、押圧による引張力が切れ目４の切断面に平行な方向にも働き、間隙にできる空気層の厚みがうまく制御できないという問題があった。
【０００７】
特に、たとえば３２×３２といった大規模な光スイッチでは、光導波路の交差点のうち押圧すべきものを複数の押圧部材で正確に位置決めして押圧することが非常に難しいという問題があった。
【０００８】
また、押圧部材の導波路に接する表面は滑らかに加工する必要があり、押圧部材の形状によってはこの加工に膨大な労力を要したり高度な技術を要したりするという問題があった。
【０００９】
さらに、押圧によりポリマーシート内に生じる不所望な変形が光導波路を通る光信号の損失を増加させるという問題点があった。
【００１０】
さらに、押圧せず光導波路がつながった状態においても光信号が透過する際に１／１０００程度の反射光が発生してしまうという問題があった。
【００１１】
さらに、切れ目の切断面の表面が平滑でないために、切れ目を通過する光信号の損失が大きくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、これらの問題を解決して光損失を低減することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく光スイッチは、内部に線状に延びる光導波路を有するポリマーシートと、上記ポリマーシートの少なくとも一方の表面に接する押え板と、駆動手段とを備え、上記ポリマーシートは、上記光導波路を横断するように設けられた切れ目を有し、上記押え板は、上記切れ目に対応する位置に開口部を有し、上記開口部は、上記押え板の少なくとも上記ポリマーシートに接する側の面において上記切れ目の延びる方向に平行に長手形状をしており、上記駆動手段は、上記開口部を通じて上記ポリマーシートを押圧するか否かによって上記切れ目の開閉の状態を切り替え、光の進路を選択するためのものである。この構成を採用することにより、小さな押圧力で小さな変位量でも所望のスイッチングができる。
【００１４】
上記発明において好ましくは、上記駆動手段は、上記ポリマーシートに接触可能なように上記開口部内に配置された直接押圧部材を備え、上記直接押圧部材は、上記開口部の形状によって上記押え板の平面方向の位置を拘束されている。この構成を採用することにより、切れ目のある位置を正確に押してポリマーシートを変形させることができる。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記開口部は、上記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、上記ポリマーシートに接する側の面以外の部分において上記直接押圧部材が上記開口部の上記長手形状の中で上記切れ目に対応する位置に留まるように拘束するための形状を有する。この構成を採用することにより、直接押圧部材はポリマーシートの切れ目のある位置を正確に押すことができる。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記開口部は、上記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、上記ポリマーシートに接する側の面から遠ざかるにつれて広くなるテーパ形状の部分を含む。この構成を採用することにより、テーパ形状の部分によって直接押圧部材の移動できる範囲が規定されるので、直接押圧部材が確実に一定量だけポリマーシートを押す構造を実現することができる。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記押え板の上記ポリマーシートと接する側と反対側に、上記直接押圧部材に対応する位置に貫通孔を有する補強板を備え、上記貫通孔の内部を通るように配置された間接押圧部材と、上記間接押圧部材を介して上記直接押圧部材を押圧する駆動源とを備える。この構成を採用することにより、駆動源の動きが押え板などに必要以上に伝わることを防止し、必要な変位のみを間接押圧部材および直接押圧部材を通じてポリマーシートの所望の箇所に伝えることができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記光導波路は上記ポリマーシートの厚さ方向の中心から外れた深さに配置されている。この構成を採用することにより、押圧部材の変位量当たりの切れ目の開く距離が大きくなるので、小さな変位量で切れ目に十分な厚みの空気層を生じさせることができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記切れ目の最深部と上記光導波路とは、上記光導波路のモードフィールド半径よりも離れている。この構成を採用することにより、より確実に光を全反射させることができる。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記直接押圧部材が球状の部材である。この構成を採用することにより、直接押圧部材の傾きを制御する必要がなく、容易に一定の押圧を得ることができる。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記直接押圧部材の上記ポリマーシートに接する側の先端が、上記切れ目の延びる方向に平行に長手形状となっている。この構成を採用することにより、切れ目に先端を沿わせるように押し当てれば、ポリマーシートを効率良く変形させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、各実施の形態において「上」または「下」に言及する場合は、絶対的な上下を意味するものではなく、便宜上、図に示された姿勢における上や下を意味するものとする。
【００２７】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における光スイッチについて説明する。ただし、図１〜図３は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。
【００２８】
本実施の形態における光スイッチは、図１に示すように、ポリマーシート１を押え板２ａ，２ｂで挟みこんだ構造をしている。ポリマーシート１の内部には、光導波路３が縦横に延びるように構成されており、その交差点を横切るようにポリマーシート１の一方の表面から切れ目４が設けられている。光信号は、図１における左下側から入射光６として入射し、そのまま切れ目４を透過する場合は、透過光７として出射し、切れ目４で反射した場合は反射光８として透過光７とは異なる側から出射する。２枚の押え板のうち、切れ目４が見える側の押え板２ａの開口部５は、ポリマーシート１に接していない側から見ると円形であるが、ポリマーシート１に接する側から見ると楕円形である。この楕円形は、図１に示されるように、切れ目４の延びる方向とほぼ平行に長径を有する楕円形となっている。本実施の形態におけるこの例は、開口部５の上側の円形部分の直径が３００μｍであり、下側の楕円形の長径が９００μｍ、短径が３００μｍである。図１では、光スイッチの駆動のための部分が図示省略されている。図２に、駆動のための部分を合わせて断面図として表示する。図２は、開口部５の長径に沿って切断した断面図である。切れ目４は、ちょうどこの切断面上に載っているので、図２の中には表れていない。図３は、開口部５の短径に沿って切断した断面図である。押え板２ａ，２ｂの開口部５の円形部分には、光スイッチの駆動時に直接押し当てられる直接押圧部材としてボール９ａ，９ｂが嵌め込まれている。ボール９ａ，９ｂは、３００μｍよりわずかに小さな直径を有する。ボール９ａ，９ｂとしては、たとえば、ボールベアリングに用いられている金属製のボールが使用可能である。さらにこれらのボール９ａ，９ｂをポリマーシート１に向けて押圧可能なように間接押圧部材１０ａ，１０ｂが配置されている。本明細書で「光スイッチ」といった場合、ポリマーシートと押え板とからなる積層体のみならずこういった直接押圧部材、間接押圧部材を含めた全体を指す。
【００２９】
（動作）
次に、この光スイッチの動作について説明する。入射光６として入った光信号を透過光７として出力したい場合、間接押圧部材１０ａがピエゾアクチュエータ（図示省略）などによって押されて、ボール９ａをポリマーシート１に向けて押圧する。すると、ボール９ａで押えつけられることで切れ目４の内部にわずかに入っていた空気層がなくなり、切れ目の前後の光導波路３同士が密着して光信号が透過する。この状態は、フィジカルコンタクト（ＰＣ）と呼ばれ、密着しているために光がほぼ１００％透過する。この場合、入力された光信号は、図１における透過光７となって出力される。
【００３０】
一方、入射光６として入った光信号を反射光８として出力したい場合、間接押圧部材１０ｂがピエゾアクチュエータ（図示省略）などによって押されて、ボール９ｂをポリマーシート１に向けて押圧する。すると、ボール９ｂで押えつけられることでポリマーシート１が曲がり、切れ目４の内部に空気層が生じる。その結果、光信号は、光導波路３から空気層に入射した時点で反射し、図１における反射光８となって出力される。
【００３１】
（作用・効果）
この光スイッチでは、開口部５のポリマーシート１に接する側が切れ目４とほぼ平行な長径を有する楕円径となっているので、小さな押圧力で小さな変位量でも所望のスイッチングができる。
【００３２】
この光スイッチでは、開口部５の形状によって、ポリマーシート１の平面に対するボール９ａ，９ｂの２次元的な位置関係が拘束され、ボール９ａ，９ｂはポリマーシート１の平面に対してほぼ垂直に一定距離内を移動できるのみであるので、ボール９ａ，９ｂはポリマーシート１の切れ目４のある位置を正確に押すことができる。
【００３３】
直接押圧部材は、球状のものには限らないが、上述の例で示したように球状の部材とすると、押圧部材の傾きを制御する必要がなく、容易に一定の押圧を得ることができるため好ましい。特に、ボールベアリング用のボールを用いれば、安価で高精度な球形を得ることができるため、好ましい。
【００３４】
ところで、この光スイッチに用いられているポリマーシート１を光導波路３に沿った面で切断した拡大断面図を、図４に示す。上述したようにポリマーシート１の内部には屈折率の異なる部分として光導波路３が線状に設けられているが、光導波路３の配置される深さは、好ましくは図４に示すようにポリマーシート１の厚み方向中央から切れ目４の開口する側の面に向かってずれた位置がよい。この状態であれば、切れ目４の開口する側の反対側の面から押圧された場合に押圧部材の変位量当たりの切れ目４の開く距離が大きくなるので、押圧部材の小さな変位量で切れ目４に十分な厚みの空気層を生じさせることができ、光が全反射する状態を容易に作り出すことができる。
【００３５】
図５に、光導波路を伝搬する光信号の電界強度を示す。光導波路における切れ目４の最深部である深さＬ２において電界強度が十分小さくなっていると光を全反射させることができる。そのためには、導波路の中心線の深さをＬ１とし、光導波路を伝搬する光のモードフィールド半径をｒとすると、Ｌ２−Ｌ１＞ｒとなっている必要がある。なお、「モードフィールド半径」とは、径方向の光強度分布が最大値（通常は光導波路のコアの中心部分における値）に対して１／ｅ2（ｅは自然対数の底：２．７１８２８…）となるところの半径を意味する。
【００３６】
図２、図３に示した例では、直接押圧部材としてボール９ａ，９ｂを用いたが、図６に示すような扁平押圧部材１１を用いてもよい。すなわち、少なくとも先端が扁平な部材であり、この扁平な先端を切れ目に沿わせるように押し当てる。このようにすれば、ポリマーシート１を効率良く変形させることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図７〜図９を参照して、本発明に基づく実施の形態２における光スイッチについて説明する。ただし、図７は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。また、図７では、ポリマーシート１の上側に接する押え板が図示省略されている。
【００３８】
この光スイッチにおいても、直接押圧部材としてボール９が用いられている。ポリマーシート１の下側に押え板２ｅが接しており、さらにその下側にストッパ板１４が接している。図８に示すように、押え板２ｅは下広がりのテーパ穴１７を有し、そのテーパ穴１７から互いに略１８０°をなす２方向にスリット１６が延びている。図９に示すように、ストッパ板１４にはボール９の直径より小さな直径の球受け穴１８があいている。ボール９は、図７に示すように、押え板２ｅのテーパ穴１７に収まり、ここから脱落しないようにストッパ板１４によって支えられている。押え板２ｅはスリット１６が切れ目４に沿うようにポリマーシート１に対して配置される。
【００３９】
球受け穴１８の直径は、ボール９の落ち込む量を規定しており、最も下に落ち込んだときにはストッパ板１４の下側にボール９の一部が突出するように設定されている。一方、テーパ穴１７のテーパ角と内径は、ボール９が最も上に押し上げられたときに押え板２ｅの上側にボール９が突出する量を規定している。
【００４０】
ストッパ板１４の下側にはピエゾアクチュエータ１５が配置されており、ピエゾアクチュエータ１５の上端が上下に変位することによって、ボール９を上下に変位させることができる。ボール９の上下方向の変位によってポリマーシート１が変形して、光導波路を分断したり接続したりする点については、実施の形態１と同じである。
【００４１】
（作用・効果）
この光スイッチであれば、ポリマーシート１の面に垂直な方向（上下方向）のボール９の移動量が押え板２ｅとストッパ板１４とによって確実に規定されるので、ピエゾアクチュエータ１５の変位量にばらつきがあってもボール９は確実に一定の高さだけ押し上げられることとなり、光スイッチとしての性能を安定させることができる。
【００４２】
図７では、ポリマーシート１の下側からの押圧機構のみを表示しているが、反対側（上側）にも対称に同様の押圧機構を設けてもよい。
【００４３】
（実施の形態３）
図１０〜図１２を参照して、本発明に基づく実施の形態３における光スイッチについて説明する。ただし、図１０は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。また、図１０では、ポリマーシート１の上側に接する押え板が図示省略されている。
【００４４】
この光スイッチにおいても、直接押圧部材としてボール９が用いられている。ポリマーシート１の下側に押え板２ｆが接しており、さらにその下側にストッパ板１４ｎが接している。図１１に示すように、押え板２ｆは下広がりのテーパ付きスリット１９を有している。図１２に示すように、ストッパ板１４ｎにはボール９の直径よりわずかに大きな直径のストレート部と下にいくにつれて徐々に狭くなるテーパ部とが連続してなる球受け穴１８ｎが設けられている。ボール９は、図１０に示すように、テーパ付きスリット１９と球受け穴１８ｎとによって一定空間内に閉じ込められ、支えられている。押え板２ｆはテーパ付きスリット１９が切れ目４に沿うようにポリマーシート１に対して配置される。
【００４５】
球受け穴１８ｎのテーパ部は、ボール９の落ち込む量を規定しており、最も下に落ち込んだときにはストッパ板１４ｎの下側にボール９の一部が突出するように設定されている。一方、テーパ付きスリット１９のテーパ角は、ボール９が最も上に押し上げられたときに押え板２ｆの上側にボール９が突出する量を規定している。
【００４６】
ストッパ板１４ｎの下側にはピエゾアクチュエータ１５が配置されており、ピエゾアクチュエータ１５の上端が上下に変位することによって、ボール９を上下に変位させることができる。ボール９の上下方向の変位によってポリマーシート１が変形して、光導波路を分断したり接続したりする点については、実施の形態１と同じである。
【００４７】
（作用・効果）
この光スイッチであれば、ポリマーシート１の面に垂直な方向（上下方向）のボール９の移動量が押え板２ｆとストッパ板１４ｎとによって確実に規定されるので、ピエゾアクチュエータ１５の変位量にばらつきがあってもボール９は確実に一定の高さだけ押し上げられることとなり、光スイッチとしての性能を安定させることができる。さらに、実施の形態２で示した構造に比べても、穴構造が簡単になっており、製作しやすい。
【００４８】
図１０では、ポリマーシート１の下側からの押圧機構のみを表示しているが、反対側（上側）にも対称に同様の押圧機構を設けてもよい。
【００４９】
本実施の形態における光スイッチにおいて、仮に、ピエゾアクチュエータ１５に押されることでストッパ板１４ｎや押え板２ｆが不所望にたわんでしまうと、直接押圧していない周辺のポートにおいても切れ目４が開いてしまい、スイッチが正しく機能しなくなる。そこで、ストッパ板１４ｎや押え板２ｆの変形を防止するためには、図１３に示すように、ストッパ板１４ｎの下に貫通穴２０を有する補強板２２を配置すればよい。この場合、ピエゾアクチュエータ１５は補強板２２の下から、棒状の間接押圧部材２１を介して、ボール９を押し上げるものとする。このようにすれば、ピエゾアクチュエータ１５の上面の変位のうち必要な部分だけを間接押圧部材２１によってボール９に伝えることができ、ストッパ板１４ｎや押え板２ｆがピエゾアクチュエータ１５に押されてたわむことを防止できる。
【００５０】
たとえば、３２×３２光スイッチの場合は、光の進路を切り替えるためのポートが１０２４個必要となる。この各ポートに数ｇｆの力が加わるとすると、押え板全体では数ｋｇｆの力が加わることになる。上述の補強板２２を選定する際には、この力に十分耐えられるだけの強度が求められる。補強板２２としては、たとえば、ステンレス製の厚み２ｍｍの板材が用いられる。
【００５１】
補強板２２を用いる場合であっても、図１３に示したような棒状の間接押圧部材２１を用いずに直接ピエゾアクチュエータ１５でボール９を押し上げることとしてもよいが、その場合、ピエゾアクチュエータ１５がボール９に達するために貫通穴２０の径をピエゾアクチュエータ１５の径より大きくしなければならず、補強板２２の効果が減じられてしまう。したがって、補強板２２を用いる場合には、図１３に示すように棒状ないしピン状の間接押圧部材２１を用いることが好ましい。
【００５２】
なお、補強板と間接押圧部材とを用いた構成は、実施の形態３のみならず、実施の形態１または２で示した構造に適用することもできる。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態１で参照した図１では、互いに直交する２本の光導波路３の交差点の中央に各光導波路３と４５°の角度をなす方向に切れ目４を形成した光スイッチの例を示した。この角度は、４５°でなくても、図１４に示すように、４０°以上で、全反射角以下であってもよい。全反射角とは、この場合光導波路３の屈折率と空気の屈折率から決まる値で、この例では４８°である。交差点において光導波路３と切れ目４とのなす角度θcutが全反射角４８°より小さければ、この切れ目４の開閉によってスイッチング動作を行なうことができる。しかし、角度θcutが小さくなりすぎると、切れ目４を閉じて光導波路３を接合した状態、すなわち光を透過させようとする状態においても無視できない量の反射が生じ、光スイッチ内部でのクロストークが大きくなる。図１５に、切れ目４を閉じ、光導波路３を接合させた状態での、角度θcutと反射量Ｐout／Ｐinとの関係を示す。
【００５４】
図１５に示されるように、θcut＜４０°では、光を透過させようとする状態においても１／１０００を超える反射光が発生し、クロストークが大きくなり、もはや良好なスイッチング性能が得られない。したがって、角度θcutを４０°以上で、全反射角以下の値に設定してはじめて、透過状態でのクロストーク低減と反射状態での全反射状態とが両立できる。
【００５５】
（実施の形態５）
本発明に基づく実施の形態５では、光スイッチの製造方法について説明する。特に、その製造方法の中でポリマーシート１に切れ目４を形成する工程について説明する。
【００５６】
図１６に示すように、ヒータ２４で刃物２３を、ポリマーシート１の材料であるポリイミドの耐熱温度の上限である３００℃付近まで加熱する。この状態で刃物２３をポリマーシート１に添えて滑らかに移動させることでポリマーシート１を切断していく。このとき、ポリマーシート１の切断すべき部分には、刃物２３から熱が伝わって分子間の結合が弱くなっているため、刃物２３を当てることで弱くなった分子間の結合が自ずと切れていく。したがって、切断面が分子の配列に沿ってなめらかに形成される。
【００５７】
このように切れ目４の切断面をなめらかに形成することができれば、光損失を低減することができる。
【００５８】
（実施の形態６）
本発明に基づく実施の形態６でも、光スイッチの製造方法について説明する。特に、その製造方法の中でポリマーシート１に切れ目４を形成する工程について説明する。
【００５９】
図１７に示すように、超音波振動子２５で刃物２３を振動させつつ用いる。この状態で刃物２３をポリマーシート１に添えて滑らかに移動させることでポリマーシート１を切断していく。このとき、ポリマーシート１の切断すべき部分には、振動する刃物２３と擦れ合うことで摩擦熱が発生する。切断すべき部分は、摩擦熱によって分子間の結合が弱くなっているため、刃物２３を当てることで弱くなった分子間の結合が自ずと切れていく。したがって、切断面が分子の配列に沿ってなめらかに形成される。
【００６０】
このように切れ目４の切断面をなめらかに形成することができれば、光損失を低減することができる。また、ヒータで加熱する場合に比べて摩擦熱を用いる場合は、ポリマーシート１の切断したい箇所に集中的に熱を与えることができ、ポリマーシート１全体の熱変成を抑えつつ、目的を達成することができる。振動を与える手段を超音波振動子とすることで、切断面の位置を正確に制御しつつ摩擦熱を発生させることができる。
【００６１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲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。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、小さな押圧力で小さな変位量でもより確実に切れ目を開閉できるようになるので、光損失を低減し、より確実に所望のスイッチングをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの要部拡大斜視図である。
【図２】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの、第１の向きから見た要部拡大断面図である。
【図３】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの、第２の向きから見た要部拡大断面図である。
【図４】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチのポリマーシートの断面図である。
【図５】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの光導波路を伝搬する光信号の電界強度分布を示すグラフである。
【図６】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチで使用可能な扁平押圧部材の斜視図である。
【図７】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチの要部拡大断面図である。
【図８】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチの押え板の斜視図である。
【図９】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチのストッパ板の斜視図である。
【図１０】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの要部拡大断面図である。
【図１１】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの押え板の斜視図である。
【図１２】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチのストッパ板の斜視図である。
【図１３】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの変形例の要部拡大断面図である。
【図１４】 本発明に基づく実施の形態４における光スイッチの動作の説明図である。
【図１５】 角度θcutと反射量Ｐout／Ｐinとの関係を示すグラフである。
【図１６】 本発明に基づく実施の形態５における光スイッチの製造方法の途中の工程の説明図である。
【図１７】 本発明に基づく実施の形態６における光スイッチの製造方法の途中の工程の説明図である。
【図１８】 従来技術に基づく光スイッチの要部拡大斜視図である。
【図１９】 従来技術に基づく光スイッチの動作の第１の説明図である。
【図２０】 従来技術に基づく光スイッチの動作の第２の説明図である。
【符号の説明】
１，１０１ ポリマーシート、２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｆ，１０２ａ，１０２ｂ押え板、３ 光導波路（コア）、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 切れ目、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 開口部、６ 入射光、７ 透過光、８ 反射光、９，９ａ，９ｂ ボール、１０ａ，１０ｂ 間接押圧部材、１１ 扁平押圧部材、１４，１４ｎ ストッパ板、１５ ピエゾアクチュエータ、１６ スリット、１７テーパ穴、１８，１８ｎ 球受け穴、１９ テーパ付きスリット、２０ 貫通穴、２１ 間接押圧部材、２２ 補強板、２３ 刃物、２４ ヒータ、２５ 超音波振動子、２６ 押圧部材、１００ 光スイッチ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信設備において光路の切替に用いられる光スイッチとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光スイッチとして、特願２０００−３７１３５１に記載されたものがある。図１８を参照して、この光スイッチ１００について説明する。光スイッチ１００は、ポリマーシート１０１を押え板１０２ａ，１０２ｂで挟みこんだ構造をしている。ポリマーシート１０１の内部にはポリマーシートの他の部分より屈折率の高い材質で形成された光導波路３が格子状に延びている。光導波路３同士の交差点を横断するようにポリマーシート１０１の表面に切れ目４ａ〜４ｄが設けられている。これらの切れ目４ａ〜４ｄを露出させるように押え板１０２ａ，１０２ｂにそれぞれ開口部５ａ〜５ｄが設けられている。これらの開口部５ａ〜５ｄが光路の切り替えを行なうための「ポート」を構成する。
【０００３】
光信号は、図１８に矢印で示すように図中左下からポリマーシート１０１の光導波路３に入射する。各ポート近傍の断面図を図１９、図２０に示す。各ポートでは、駆動手段としての押圧部材２６によってポリマーシート１０１を下から押し上げるか否かによって、光路の選択を行なうことができる。図１９に示すように、ポリマーシート１０１を押し上げない状態では、ポリマーシート１０１の切れ目４は密着しているため、光導波路３は連続しており、光信号はそのまま通過する。しかし、図２０に示すように押圧部材２６でポリマーシート１０１を押し上げた場合、切れ目４が開くことによって光導波路３は分断され、光信号は光導波路３と空気との境界面で反射する。この切れ目４は、光導波路３同士の交差点にあるので、この場合、光信号は、反射によって進路を変える。
【０００４】
図１８の例では、開口部５ａ，５ｃに対応する各ポートにおいてのみ押し上げられ、切れ目４ａ，４ｃが開いている。したがって、これらのポートでは光信号の反射が起こり、他のポートでは光信号は反射せずそのまま直進している。このようにして、複数の入口のいずれかから入射した光信号を光スイッチの複数ある出口のうちのどこから出射させるかを、その都度駆動手段の操作により選択することができる。
【０００５】
なお、図１８では４つのポートのみが表示されているが、図１８は、光スイッチ１００の一部分を取出して拡大した図であり、実際にはより多くのポートが配置され、より多くの本数の光導波路３が配置されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような構造の光スイッチにおいて、押圧部材２６による押圧力は切れ目４の切断面に垂直に、すなわち切断面を互いに引き離す方向にのみ作用すべきであるが、開口部５が円形であるため、押圧による引張力が切れ目４の切断面に平行な方向にも働き、間隙にできる空気層の厚みがうまく制御できないという問題があった。
【０００７】
特に、たとえば３２×３２といった大規模な光スイッチでは、光導波路の交差点のうち押圧すべきものを複数の押圧部材で正確に位置決めして押圧することが非常に難しいという問題があった。
【０００８】
また、押圧部材の導波路に接する表面は滑らかに加工する必要があり、押圧部材の形状によってはこの加工に膨大な労力を要したり高度な技術を要したりするという問題があった。
【０００９】
さらに、押圧によりポリマーシート内に生じる不所望な変形が光導波路を通る光信号の損失を増加させるという問題点があった。
【００１０】
さらに、押圧せず光導波路がつながった状態においても光信号が透過する際に１／１０００程度の反射光が発生してしまうという問題があった。
【００１１】
さらに、切れ目の切断面の表面が平滑でないために、切れ目を通過する光信号の損失が大きくなるという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、これらの問題を解決して光損失を低減することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に基づく光スイッチは、内部に線状に延びる光導波路を有するポリマーシートと、上記ポリマーシートの少なくとも一方の表面に接する押え板と、駆動手段とを備え、上記ポリマーシートは、上記光導波路を横断するように設けられた切れ目を有し、上記押え板は、上記切れ目に対応する位置に開口部を有し、上記開口部は、上記押え板の少なくとも上記ポリマーシートに接する側の面において上記切れ目の延びる方向に平行に長手形状をしており、上記駆動手段は、上記開口部を通じて上記ポリマーシートを押圧するか否かによって上記切れ目の開閉の状態を切り替え、光の進路を選択するためのものである。この構成を採用することにより、小さな押圧力で小さな変位量でも所望のスイッチングができる。
【００１４】
上記発明において好ましくは、上記駆動手段は、上記ポリマーシートに接触可能なように上記開口部内に配置された直接押圧部材を備え、上記直接押圧部材は、上記開口部の形状によって上記押え板の平面方向の位置を拘束されている。この構成を採用することにより、切れ目のある位置を正確に押してポリマーシートを変形させることができる。
【００１５】
上記発明において好ましくは、上記開口部は、上記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、上記ポリマーシートに接する側の面以外の部分において上記直接押圧部材が上記開口部の上記長手形状の中で上記切れ目に対応する位置に留まるように拘束するための形状を有する。この構成を採用することにより、直接押圧部材はポリマーシートの切れ目のある位置を正確に押すことができる。
【００１６】
上記発明において好ましくは、上記開口部は、上記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、上記ポリマーシートに接する側の面から遠ざかるにつれて広くなるテーパ形状の部分を含む。この構成を採用することにより、テーパ形状の部分によって直接押圧部材の移動できる範囲が規定されるので、直接押圧部材が確実に一定量だけポリマーシートを押す構造を実現することができる。
【００１７】
上記発明において好ましくは、上記押え板の上記ポリマーシートと接する側と反対側に、上記直接押圧部材に対応する位置に貫通孔を有する補強板を備え、上記貫通孔の内部を通るように配置された間接押圧部材と、上記間接押圧部材を介して上記直接押圧部材を押圧する駆動源とを備える。この構成を採用することにより、駆動源の動きが押え板などに必要以上に伝わることを防止し、必要な変位のみを間接押圧部材および直接押圧部材を通じてポリマーシートの所望の箇所に伝えることができる。
【００１８】
上記発明において好ましくは、上記光導波路は上記ポリマーシートの厚さ方向の中心から外れた深さに配置されている。この構成を採用することにより、押圧部材の変位量当たりの切れ目の開く距離が大きくなるので、小さな変位量で切れ目に十分な厚みの空気層を生じさせることができる。
【００１９】
上記発明において好ましくは、上記切れ目の最深部と上記光導波路とは、上記光導波路のモードフィールド半径よりも離れている。この構成を採用することにより、より確実に光を全反射させることができる。
【００２０】
上記発明において好ましくは、上記直接押圧部材が球状の部材である。この構成を採用することにより、直接押圧部材の傾きを制御する必要がなく、容易に一定の押圧を得ることができる。
【００２１】
上記発明において好ましくは、上記直接押圧部材の上記ポリマーシートに接する側の先端が、上記切れ目の延びる方向に平行に長手形状となっている。この構成を採用することにより、切れ目に先端を沿わせるように押し当てれば、ポリマーシートを効率良く変形させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、各実施の形態において「上」または「下」に言及する場合は、絶対的な上下を意味するものではなく、便宜上、図に示された姿勢における上や下を意味するものとする。
【００２７】
（実施の形態１）
（構成）
図１〜図３を参照して、本発明に基づく実施の形態１における光スイッチについて説明する。ただし、図１〜図３は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。
【００２８】
本実施の形態における光スイッチは、図１に示すように、ポリマーシート１を押え板２ａ，２ｂで挟みこんだ構造をしている。ポリマーシート１の内部には、光導波路３が縦横に延びるように構成されており、その交差点を横切るようにポリマーシート１の一方の表面から切れ目４が設けられている。光信号は、図１における左下側から入射光６として入射し、そのまま切れ目４を透過する場合は、透過光７として出射し、切れ目４で反射した場合は反射光８として透過光７とは異なる側から出射する。２枚の押え板のうち、切れ目４が見える側の押え板２ａの開口部５は、ポリマーシート１に接していない側から見ると円形であるが、ポリマーシート１に接する側から見ると楕円形である。この楕円形は、図１に示されるように、切れ目４の延びる方向とほぼ平行に長径を有する楕円形となっている。本実施の形態におけるこの例は、開口部５の上側の円形部分の直径が３００μｍであり、下側の楕円形の長径が９００μｍ、短径が３００μｍである。図１では、光スイッチの駆動のための部分が図示省略されている。図２に、駆動のための部分を合わせて断面図として表示する。図２は、開口部５の長径に沿って切断した断面図である。切れ目４は、ちょうどこの切断面上に載っているので、図２の中には表れていない。図３は、開口部５の短径に沿って切断した断面図である。押え板２ａ，２ｂの開口部５の円形部分には、光スイッチの駆動時に直接押し当てられる直接押圧部材としてボール９ａ，９ｂが嵌め込まれている。ボール９ａ，９ｂは、３００μｍよりわずかに小さな直径を有する。ボール９ａ，９ｂとしては、たとえば、ボールベアリングに用いられている金属製のボールが使用可能である。さらにこれらのボール９ａ，９ｂをポリマーシート１に向けて押圧可能なように間接押圧部材１０ａ，１０ｂが配置されている。本明細書で「光スイッチ」といった場合、ポリマーシートと押え板とからなる積層体のみならずこういった直接押圧部材、間接押圧部材を含めた全体を指す。
【００２９】
（動作）
次に、この光スイッチの動作について説明する。入射光６として入った光信号を透過光７として出力したい場合、間接押圧部材１０ａがピエゾアクチュエータ（図示省略）などによって押されて、ボール９ａをポリマーシート１に向けて押圧する。すると、ボール９ａで押えつけられることで切れ目４の内部にわずかに入っていた空気層がなくなり、切れ目の前後の光導波路３同士が密着して光信号が透過する。この状態は、フィジカルコンタクト（ＰＣ）と呼ばれ、密着しているために光がほぼ１００％透過する。この場合、入力された光信号は、図１における透過光７となって出力される。
【００３０】
一方、入射光６として入った光信号を反射光８として出力したい場合、間接押圧部材１０ｂがピエゾアクチュエータ（図示省略）などによって押されて、ボール９ｂをポリマーシート１に向けて押圧する。すると、ボール９ｂで押えつけられることでポリマーシート１が曲がり、切れ目４の内部に空気層が生じる。その結果、光信号は、光導波路３から空気層に入射した時点で反射し、図１における反射光８となって出力される。
【００３１】
（作用・効果）
この光スイッチでは、開口部５のポリマーシート１に接する側が切れ目４とほぼ平行な長径を有する楕円径となっているので、小さな押圧力で小さな変位量でも所望のスイッチングができる。
【００３２】
この光スイッチでは、開口部５の形状によって、ポリマーシート１の平面に対するボール９ａ，９ｂの２次元的な位置関係が拘束され、ボール９ａ，９ｂはポリマーシート１の平面に対してほぼ垂直に一定距離内を移動できるのみであるので、ボール９ａ，９ｂはポリマーシート１の切れ目４のある位置を正確に押すことができる。
【００３３】
直接押圧部材は、球状のものには限らないが、上述の例で示したように球状の部材とすると、押圧部材の傾きを制御する必要がなく、容易に一定の押圧を得ることができるため好ましい。特に、ボールベアリング用のボールを用いれば、安価で高精度な球形を得ることができるため、好ましい。
【００３４】
ところで、この光スイッチに用いられているポリマーシート１を光導波路３に沿った面で切断した拡大断面図を、図４に示す。上述したようにポリマーシート１の内部には屈折率の異なる部分として光導波路３が線状に設けられているが、光導波路３の配置される深さは、好ましくは図４に示すようにポリマーシート１の厚み方向中央から切れ目４の開口する側の面に向かってずれた位置がよい。この状態であれば、切れ目４の開口する側の反対側の面から押圧された場合に押圧部材の変位量当たりの切れ目４の開く距離が大きくなるので、押圧部材の小さな変位量で切れ目４に十分な厚みの空気層を生じさせることができ、光が全反射する状態を容易に作り出すことができる。
【００３５】
図５に、光導波路を伝搬する光信号の電界強度を示す。光導波路における切れ目４の最深部である深さＬ２において電界強度が十分小さくなっていると光を全反射させることができる。そのためには、導波路の中心線の深さをＬ１とし、光導波路を伝搬する光のモードフィールド半径をｒとすると、Ｌ２−Ｌ１＞ｒとなっている必要がある。なお、「モードフィールド半径」とは、径方向の光強度分布が最大値（通常は光導波路のコアの中心部分における値）に対して１／ｅ2（ｅは自然対数の底：２．７１８２８…）となるところの半径を意味する。
【００３６】
図２、図３に示した例では、直接押圧部材としてボール９ａ，９ｂを用いたが、図６に示すような扁平押圧部材１１を用いてもよい。すなわち、少なくとも先端が扁平な部材であり、この扁平な先端を切れ目に沿わせるように押し当てる。このようにすれば、ポリマーシート１を効率良く変形させることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図７〜図９を参照して、本発明に基づく実施の形態２における光スイッチについて説明する。ただし、図７は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。また、図７では、ポリマーシート１の上側に接する押え板が図示省略されている。
【００３８】
この光スイッチにおいても、直接押圧部材としてボール９が用いられている。ポリマーシート１の下側に押え板２ｅが接しており、さらにその下側にストッパ板１４が接している。図８に示すように、押え板２ｅは下広がりのテーパ穴１７を有し、そのテーパ穴１７から互いに略１８０°をなす２方向にスリット１６が延びている。図９に示すように、ストッパ板１４にはボール９の直径より小さな直径の球受け穴１８があいている。ボール９は、図７に示すように、押え板２ｅのテーパ穴１７に収まり、ここから脱落しないようにストッパ板１４によって支えられている。押え板２ｅはスリット１６が切れ目４に沿うようにポリマーシート１に対して配置される。
【００３９】
球受け穴１８の直径は、ボール９の落ち込む量を規定しており、最も下に落ち込んだときにはストッパ板１４の下側にボール９の一部が突出するように設定されている。一方、テーパ穴１７のテーパ角と内径は、ボール９が最も上に押し上げられたときに押え板２ｅの上側にボール９が突出する量を規定している。
【００４０】
ストッパ板１４の下側にはピエゾアクチュエータ１５が配置されており、ピエゾアクチュエータ１５の上端が上下に変位することによって、ボール９を上下に変位させることができる。ボール９の上下方向の変位によってポリマーシート１が変形して、光導波路を分断したり接続したりする点については、実施の形態１と同じである。
【００４１】
（作用・効果）
この光スイッチであれば、ポリマーシート１の面に垂直な方向（上下方向）のボール９の移動量が押え板２ｅとストッパ板１４とによって確実に規定されるので、ピエゾアクチュエータ１５の変位量にばらつきがあってもボール９は確実に一定の高さだけ押し上げられることとなり、光スイッチとしての性能を安定させることができる。
【００４２】
図７では、ポリマーシート１の下側からの押圧機構のみを表示しているが、反対側（上側）にも対称に同様の押圧機構を設けてもよい。
【００４３】
（実施の形態３）
図１０〜図１２を参照して、本発明に基づく実施の形態３における光スイッチについて説明する。ただし、図１０は、１つのポートのみを取り出し、拡大して示したものであり、実際の光スイッチは、このようなポートが平面内に多数配列されたものである。また、図１０では、ポリマーシート１の上側に接する押え板が図示省略されている。
【００４４】
この光スイッチにおいても、直接押圧部材としてボール９が用いられている。ポリマーシート１の下側に押え板２ｆが接しており、さらにその下側にストッパ板１４ｎが接している。図１１に示すように、押え板２ｆは下広がりのテーパ付きスリット１９を有している。図１２に示すように、ストッパ板１４ｎにはボール９の直径よりわずかに大きな直径のストレート部と下にいくにつれて徐々に狭くなるテーパ部とが連続してなる球受け穴１８ｎが設けられている。ボール９は、図１０に示すように、テーパ付きスリット１９と球受け穴１８ｎとによって一定空間内に閉じ込められ、支えられている。押え板２ｆはテーパ付きスリット１９が切れ目４に沿うようにポリマーシート１に対して配置される。
【００４５】
球受け穴１８ｎのテーパ部は、ボール９の落ち込む量を規定しており、最も下に落ち込んだときにはストッパ板１４ｎの下側にボール９の一部が突出するように設定されている。一方、テーパ付きスリット１９のテーパ角は、ボール９が最も上に押し上げられたときに押え板２ｆの上側にボール９が突出する量を規定している。
【００４６】
ストッパ板１４ｎの下側にはピエゾアクチュエータ１５が配置されており、ピエゾアクチュエータ１５の上端が上下に変位することによって、ボール９を上下に変位させることができる。ボール９の上下方向の変位によってポリマーシート１が変形して、光導波路を分断したり接続したりする点については、実施の形態１と同じである。
【００４７】
（作用・効果）
この光スイッチであれば、ポリマーシート１の面に垂直な方向（上下方向）のボール９の移動量が押え板２ｆとストッパ板１４ｎとによって確実に規定されるので、ピエゾアクチュエータ１５の変位量にばらつきがあってもボール９は確実に一定の高さだけ押し上げられることとなり、光スイッチとしての性能を安定させることができる。さらに、実施の形態２で示した構造に比べても、穴構造が簡単になっており、製作しやすい。
【００４８】
図１０では、ポリマーシート１の下側からの押圧機構のみを表示しているが、反対側（上側）にも対称に同様の押圧機構を設けてもよい。
【００４９】
本実施の形態における光スイッチにおいて、仮に、ピエゾアクチュエータ１５に押されることでストッパ板１４ｎや押え板２ｆが不所望にたわんでしまうと、直接押圧していない周辺のポートにおいても切れ目４が開いてしまい、スイッチが正しく機能しなくなる。そこで、ストッパ板１４ｎや押え板２ｆの変形を防止するためには、図１３に示すように、ストッパ板１４ｎの下に貫通穴２０を有する補強板２２を配置すればよい。この場合、ピエゾアクチュエータ１５は補強板２２の下から、棒状の間接押圧部材２１を介して、ボール９を押し上げるものとする。このようにすれば、ピエゾアクチュエータ１５の上面の変位のうち必要な部分だけを間接押圧部材２１によってボール９に伝えることができ、ストッパ板１４ｎや押え板２ｆがピエゾアクチュエータ１５に押されてたわむことを防止できる。
【００５０】
たとえば、３２×３２光スイッチの場合は、光の進路を切り替えるためのポートが１０２４個必要となる。この各ポートに数ｇｆの力が加わるとすると、押え板全体では数ｋｇｆの力が加わることになる。上述の補強板２２を選定する際には、この力に十分耐えられるだけの強度が求められる。補強板２２としては、たとえば、ステンレス製の厚み２ｍｍの板材が用いられる。
【００５１】
補強板２２を用いる場合であっても、図１３に示したような棒状の間接押圧部材２１を用いずに直接ピエゾアクチュエータ１５でボール９を押し上げることとしてもよいが、その場合、ピエゾアクチュエータ１５がボール９に達するために貫通穴２０の径をピエゾアクチュエータ１５の径より大きくしなければならず、補強板２２の効果が減じられてしまう。したがって、補強板２２を用いる場合には、図１３に示すように棒状ないしピン状の間接押圧部材２１を用いることが好ましい。
【００５２】
なお、補強板と間接押圧部材とを用いた構成は、実施の形態３のみならず、実施の形態１または２で示した構造に適用することもできる。
【００５３】
（実施の形態４）
実施の形態１で参照した図１では、互いに直交する２本の光導波路３の交差点の中央に各光導波路３と４５°の角度をなす方向に切れ目４を形成した光スイッチの例を示した。この角度は、４５°でなくても、図１４に示すように、４０°以上で、全反射角以下であってもよい。全反射角とは、この場合光導波路３の屈折率と空気の屈折率から決まる値で、この例では４８°である。交差点において光導波路３と切れ目４とのなす角度θcutが全反射角４８°より小さければ、この切れ目４の開閉によってスイッチング動作を行なうことができる。しかし、角度θcutが小さくなりすぎると、切れ目４を閉じて光導波路３を接合した状態、すなわち光を透過させようとする状態においても無視できない量の反射が生じ、光スイッチ内部でのクロストークが大きくなる。図１５に、切れ目４を閉じ、光導波路３を接合させた状態での、角度θcutと反射量Ｐout／Ｐinとの関係を示す。
【００５４】
図１５に示されるように、θcut＜４０°では、光を透過させようとする状態においても１／１０００を超える反射光が発生し、クロストークが大きくなり、もはや良好なスイッチング性能が得られない。したがって、角度θcutを４０°以上で、全反射角以下の値に設定してはじめて、透過状態でのクロストーク低減と反射状態での全反射状態とが両立できる。
【００５５】
（実施の形態５）
本発明に基づく実施の形態５では、光スイッチの製造方法について説明する。特に、その製造方法の中でポリマーシート１に切れ目４を形成する工程について説明する。
【００５６】
図１６に示すように、ヒータ２４で刃物２３を、ポリマーシート１の材料であるポリイミドの耐熱温度の上限である３００℃付近まで加熱する。この状態で刃物２３をポリマーシート１に添えて滑らかに移動させることでポリマーシート１を切断していく。このとき、ポリマーシート１の切断すべき部分には、刃物２３から熱が伝わって分子間の結合が弱くなっているため、刃物２３を当てることで弱くなった分子間の結合が自ずと切れていく。したがって、切断面が分子の配列に沿ってなめらかに形成される。
【００５７】
このように切れ目４の切断面をなめらかに形成することができれば、光損失を低減することができる。
【００５８】
（実施の形態６）
本発明に基づく実施の形態６でも、光スイッチの製造方法について説明する。特に、その製造方法の中でポリマーシート１に切れ目４を形成する工程について説明する。
【００５９】
図１７に示すように、超音波振動子２５で刃物２３を振動させつつ用いる。この状態で刃物２３をポリマーシート１に添えて滑らかに移動させることでポリマーシート１を切断していく。このとき、ポリマーシート１の切断すべき部分には、振動する刃物２３と擦れ合うことで摩擦熱が発生する。切断すべき部分は、摩擦熱によって分子間の結合が弱くなっているため、刃物２３を当てることで弱くなった分子間の結合が自ずと切れていく。したがって、切断面が分子の配列に沿ってなめらかに形成される。
【００６０】
このように切れ目４の切断面をなめらかに形成することができれば、光損失を低減することができる。また、ヒータで加熱する場合に比べて摩擦熱を用いる場合は、ポリマーシート１の切断したい箇所に集中的に熱を与えることができ、ポリマーシート１全体の熱変成を抑えつつ、目的を達成することができる。振動を与える手段を超音波振動子とすることで、切断面の位置を正確に制御しつつ摩擦熱を発生させることができる。
【００６１】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲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。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、小さな押圧力で小さな変位量でもより確実に切れ目を開閉できるようになるので、光損失を低減し、より確実に所望のスイッチングをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの要部拡大斜視図である。
【図２】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの、第１の向きから見た要部拡大断面図である。
【図３】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの、第２の向きから見た要部拡大断面図である。
【図４】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチのポリマーシートの断面図である。
【図５】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチの光導波路を伝搬する光信号の電界強度分布を示すグラフである。
【図６】 本発明に基づく実施の形態１における光スイッチで使用可能な扁平押圧部材の斜視図である。
【図７】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチの要部拡大断面図である。
【図８】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチの押え板の斜視図である。
【図９】 本発明に基づく実施の形態２における光スイッチのストッパ板の斜視図である。
【図１０】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの要部拡大断面図である。
【図１１】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの押え板の斜視図である。
【図１２】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチのストッパ板の斜視図である。
【図１３】 本発明に基づく実施の形態３における光スイッチの変形例の要部拡大断面図である。
【図１４】 本発明に基づく実施の形態４における光スイッチの動作の説明図である。
【図１５】 角度θcutと反射量Ｐout／Ｐinとの関係を示すグラフである。
【図１６】 本発明に基づく実施の形態５における光スイッチの製造方法の途中の工程の説明図である。
【図１７】 本発明に基づく実施の形態６における光スイッチの製造方法の途中の工程の説明図である。
【図１８】 従来技術に基づく光スイッチの要部拡大斜視図である。
【図１９】 従来技術に基づく光スイッチの動作の第１の説明図である。
【図２０】 従来技術に基づく光スイッチの動作の第２の説明図である。
【符号の説明】
１，１０１ ポリマーシート、２ａ，２ｂ，２ｅ，２ｆ，１０２ａ，１０２ｂ押え板、３ 光導波路（コア）、４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ 切れ目、５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ 開口部、６ 入射光、７ 透過光、８ 反射光、９，９ａ，９ｂ ボール、１０ａ，１０ｂ 間接押圧部材、１１ 扁平押圧部材、１４，１４ｎ ストッパ板、１５ ピエゾアクチュエータ、１６ スリット、１７テーパ穴、１８，１８ｎ 球受け穴、１９ テーパ付きスリット、２０ 貫通穴、２１ 間接押圧部材、２２ 補強板、２３ 刃物、２４ ヒータ、２５ 超音波振動子、２６ 押圧部材、１００ 光スイッチ。
Claims (9)
- 内部に線状に延びる光導波路を有するポリマーシートと、
前記ポリマーシートの少なくとも一方の表面に接する押え板と、
駆動手段とを備え、
前記ポリマーシートは、前記光導波路を横断するように設けられた切れ目を有し、
前記押え板は、前記切れ目に対応する位置に開口部を有し、
前記開口部は、前記押え板の少なくとも前記ポリマーシートに接する側の面において前記切れ目の延びる方向に平行に長手形状をしており、
前記駆動手段は、前記開口部を通じて前記ポリマーシートを押圧するか否かによって前記切れ目の開閉の状態を切り替え、光の進路を選択するためのものである、光スイッチ。 - 前記駆動手段は、前記ポリマーシートに接触可能なように前記開口部内に配置された直接押圧部材を備え、前記直接押圧部材は、前記開口部の形状によって前記押え板の平面方向の位置を拘束されている、請求項１に記載の光スイッチ。
- 前記開口部は、前記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、前記ポリマーシートに接する側の面以外の部分において前記直接押圧部材が前記開口部の前記長手形状の中で前記切れ目に対応する位置に留まるように拘束するための形状を有する、請求項２に記載の光スイッチ。
- 前記開口部は、前記押え板の厚さ方向に見て形状が変化しており、前記ポリマーシートに接する側の面から遠ざかるにつれて広くなるテーパ形状の部分を含む、請求項３に記載の光スイッチ。
- 前記押え板の前記ポリマーシートと接する側と反対側に、前記直接押圧部材に対応する位置に貫通孔を有する補強板を備え、前記貫通孔の内部を通るように配置された間接押圧部材と、前記間接押圧部材を介して前記直接押圧部材を押圧する駆動源とを備える、請求項２から４のいずれかに記載の光スイッチ。
- 前記光導波路は前記ポリマーシートの厚さ方向の中心から外れた深さに配置されている、請求項１から５のいずれかに記載の光スイッチ。
- 前記切れ目の最深部と前記光導波路とは、前記光導波路のモードフィールド半径よりも離れている、請求項６に記載の光スイッチ。
- 前記直接押圧部材が球状の部材である、請求項１から７のいずれかに記載の光スイッチ。
- 前記直接押圧部材の前記ポリマーシートに接する側の先端が、前記切れ目の延びる方向に平行に長手形状となっている、請求項１から７のいずれかに記載の光スイッチ。
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