JP2001194600A - 曲面光学要素を使用する光学交差接続 - Google Patents
曲面光学要素を使用する光学交差接続Info
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- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0841—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting element being moved or deformed by electrostatic means
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Use Of Switch Circuits For Exchanges And Methods Of Control Of Multiplex Exchanges (AREA)
- Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 ミラーアレイ特に信号ルータに関する。
【解決手段】 第１のポートと第２のポートとの間に複
数の光学信号をルーティングする光学素子７０を提供す
る。本光学素子７０は、反射体を複数個有するミラーア
レイ７５を含む。各光学入力信号７２は、制御信号によ
り特定される方向に、反射体８２，８４により送り出さ
れる。また、光学素子７０は、それぞれの反射体からそ
れぞれ送り出された光学信号７２″を受信し、第１また
は第２のポートにそれぞれ送り出された光学信号を反射
する曲面鏡面８２，８４をさらに含む。
数の光学信号をルーティングする光学素子７０を提供す
る。本光学素子７０は、反射体を複数個有するミラーア
レイ７５を含む。各光学入力信号７２は、制御信号によ
り特定される方向に、反射体８２，８４により送り出さ
れる。また、光学素子７０は、それぞれの反射体からそ
れぞれ送り出された光学信号７２″を受信し、第１また
は第２のポートにそれぞれ送り出された光学信号を反射
する曲面鏡面８２，８４をさらに含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願は、１９９９年１２月１
日付けで出願された仮米国特許出願第６０／１６８，２
８２号の優先権を主張するもので、言及をもって本明細
書中に組み込む。本発明は、一般にミラーアレイに関
し、特に信号ルータに関する。
日付けで出願された仮米国特許出願第６０／１６８，２
８２号の優先権を主張するもので、言及をもって本明細
書中に組み込む。本発明は、一般にミラーアレイに関
し、特に信号ルータに関する。
【０００２】
【従来の技術】信号ルーティングは、ネットワーク設計
において不可欠な要素である。信号ルーティングは、あ
る場所から別の場所に信号を向けることに関する。従
来、信号ルーティングは、半導体スイッチング素子を使
用していた。しかしながら、より優れた帯域幅を提供す
るより高速かつより応答性に優れたネットワークの商業
的なドライブにより、半導体スイッチング素子は、ボト
ルネックであるとして識別されてきた。半導体素子の切
り換え速度に限界がある結果として、業界では、光学系
信号ルーティング素子を含むより多数の電気光学要素に
依存するネットワークを開発しつつある。
において不可欠な要素である。信号ルーティングは、あ
る場所から別の場所に信号を向けることに関する。従
来、信号ルーティングは、半導体スイッチング素子を使
用していた。しかしながら、より優れた帯域幅を提供す
るより高速かつより応答性に優れたネットワークの商業
的なドライブにより、半導体スイッチング素子は、ボト
ルネックであるとして識別されてきた。半導体素子の切
り換え速度に限界がある結果として、業界では、光学系
信号ルーティング素子を含むより多数の電気光学要素に
依存するネットワークを開発しつつある。
【０００３】信号ルータ用に提案された１つのクラスの
電気光学要素は、超小型（マイクロ）電気機械システム
（ＭＥＭＳ）系ミラーアレイである。ＭＥＭＳ系ミラー
アレイ、その動作および製作についてのさらなる情報と
して、Aksyukらの米国特許第５，９１２，０９４号、Ak
syukらの米国特許第５，９９４，１５９号およびAksyuk
らの米国特許第５，９９５，６８８号を参照されたい。
これらは、すべて本出願人に譲渡されるものであり、言
及をもってこれらを本明細書中に組み込む。主として、
ＭＥＭＳ系ミラーアレイにおける１つ以上の鏡面は、対
応する一連の制御信号により始動される静電力により動
作可能に制御される。一連の制御信号に応答して、この
１つ以上の鏡面は、一対の軸を中心として特定座標に対
して傾けられる。傾き機構、およびＭＥＭＳミラーアレ
イに関するその動作の詳細については、本出願人にすべ
て譲渡される１９９９年１０月８日付けで出願された米
国特許出願第０９／４１５，１７８号に見られ、言及を
もってこれを本明細書中に組み込む。
電気光学要素は、超小型（マイクロ）電気機械システム
（ＭＥＭＳ）系ミラーアレイである。ＭＥＭＳ系ミラー
アレイ、その動作および製作についてのさらなる情報と
して、Aksyukらの米国特許第５，９１２，０９４号、Ak
syukらの米国特許第５，９９４，１５９号およびAksyuk
らの米国特許第５，９９５，６８８号を参照されたい。
これらは、すべて本出願人に譲渡されるものであり、言
及をもってこれらを本明細書中に組み込む。主として、
ＭＥＭＳ系ミラーアレイにおける１つ以上の鏡面は、対
応する一連の制御信号により始動される静電力により動
作可能に制御される。一連の制御信号に応答して、この
１つ以上の鏡面は、一対の軸を中心として特定座標に対
して傾けられる。傾き機構、およびＭＥＭＳミラーアレ
イに関するその動作の詳細については、本出願人にすべ
て譲渡される１９９９年１０月８日付けで出願された米
国特許出願第０９／４１５，１７８号に見られ、言及を
もってこれを本明細書中に組み込む。
【０００４】図１を参照すると、光学信号を反射するＭ
ＥＭＳ系ミラーアレイ１０を上面図が示される。アレイ
１０は、共通基板２０上に形成された２×２マトリクス
状の鏡面１５である。アレイ１０の１つ以上の鏡面１５
は、一連の制御信号に応答して、第１および／または第
２の軸２５および３０を中心に傾く。したがって、入射
する光学信号は、受信された一連の制御信号により決定
されるアレイ１０のそれぞれの鏡面１５の傾きにより特
定される方向に反射され得る。鏡面１５が反射された入
射光学信号を方向付けることができるために、アレイ１
０を、光学信号ルータ内部で使用することが可能であ
る。
ＥＭＳ系ミラーアレイ１０を上面図が示される。アレイ
１０は、共通基板２０上に形成された２×２マトリクス
状の鏡面１５である。アレイ１０の１つ以上の鏡面１５
は、一連の制御信号に応答して、第１および／または第
２の軸２５および３０を中心に傾く。したがって、入射
する光学信号は、受信された一連の制御信号により決定
されるアレイ１０のそれぞれの鏡面１５の傾きにより特
定される方向に反射され得る。鏡面１５が反射された入
射光学信号を方向付けることができるために、アレイ１
０を、光学信号ルータ内部で使用することが可能であ
る。
【０００５】ＭＥＭＳ系ミラーアレイを用いた光学信号
ルータを設計するために、配慮がさらに要求される。光
学信号をルーティングするために、１つ以上の鏡面がス
テアリングレンジ(steering range)内で傾き可能であ
る。１つ以上の鏡面がそのステアリングレンジ内で傾き
得る角度は、一連の各制御信号の電圧に対応する。これ
らの制御信号は、１５０Ｖもの電圧に到達することによ
り、鏡面は、そのステアリングレンジ全体内で傾き可能
となり得る。さらに、ＭＥＭＳ系ミラーアレイの鏡面
は、互いに対して約１ｍｍに接近して配置される。した
がって、高電位電圧および鏡面間の密接な間隔が可能で
あることにより、ＭＥＭＳ系ミラーアレイの製造または
パッケージング中に導入される不要な粒子が、隣接する
鏡面の導電性素子間のアークを容易に引き起こす場合が
ある。
ルータを設計するために、配慮がさらに要求される。光
学信号をルーティングするために、１つ以上の鏡面がス
テアリングレンジ(steering range)内で傾き可能であ
る。１つ以上の鏡面がそのステアリングレンジ内で傾き
得る角度は、一連の各制御信号の電圧に対応する。これ
らの制御信号は、１５０Ｖもの電圧に到達することによ
り、鏡面は、そのステアリングレンジ全体内で傾き可能
となり得る。さらに、ＭＥＭＳ系ミラーアレイの鏡面
は、互いに対して約１ｍｍに接近して配置される。した
がって、高電位電圧および鏡面間の密接な間隔が可能で
あることにより、ＭＥＭＳ系ミラーアレイの製造または
パッケージング中に導入される不要な粒子が、隣接する
鏡面の導電性素子間のアークを容易に引き起こす場合が
ある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】これらの制限の結果と
して、光学信号をルーティングするためにそれぞれの鏡
面が、そのステアリングレンジより小さい有効範囲を必
要とするＭＥＭＳ系ミラーアレイに対する要望がある。
また、光学信号をルーティングする際に、各鏡面を位置
決めするために１５０Ｖより小さい制御信号を必要とす
るＭＥＭＳ系ミラーアレイの必要性がある。
して、光学信号をルーティングするためにそれぞれの鏡
面が、そのステアリングレンジより小さい有効範囲を必
要とするＭＥＭＳ系ミラーアレイに対する要望がある。
また、光学信号をルーティングする際に、各鏡面を位置
決めするために１５０Ｖより小さい制御信号を必要とす
るＭＥＭＳ系ミラーアレイの必要性がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】複数個の第１のポートと
複数個の第２のポートとの間に光学信号を向ける光学素
子が開示される。この光学素子は、たとえばＭＥＭＳ系
ミラーアレイ等少なくとも１個のミラーアレイを有す
る。該アレイにおける１つ以上の鏡面は、一連の制御信
号に応答して、第１および／または第２の軸を中心とし
て傾けてもよい。本明細書では、ＭＥＭＳ系ミラーアレ
イの鏡面の傾きの最大範囲をステアリングレンジとい
う。各鏡面の傾きを制御することによって、光学信号
は、第１の複数個の１つのポートから第２の複数個の別
のポートにルーティングされ得る。本発明の目的におい
て、光学信号は、平行光にされたガウスビームである。
一実施形態において、光学信号は、波長が１５５０ｎｍ
である。
複数個の第２のポートとの間に光学信号を向ける光学素
子が開示される。この光学素子は、たとえばＭＥＭＳ系
ミラーアレイ等少なくとも１個のミラーアレイを有す
る。該アレイにおける１つ以上の鏡面は、一連の制御信
号に応答して、第１および／または第２の軸を中心とし
て傾けてもよい。本明細書では、ＭＥＭＳ系ミラーアレ
イの鏡面の傾きの最大範囲をステアリングレンジとい
う。各鏡面の傾きを制御することによって、光学信号
は、第１の複数個の１つのポートから第２の複数個の別
のポートにルーティングされ得る。本発明の目的におい
て、光学信号は、平行光にされたガウスビームである。
一実施形態において、光学信号は、波長が１５５０ｎｍ
である。
【０００８】光学装置は、少なくとも１個の曲面反射要
素を有する。この曲面反射要素により、ＭＥＭＳ系ミラ
ーアレイの１つ以上の鏡面が、第１の複数個の任意のポ
ートから第２の複数個の任意のポートに光学信号をルー
ティング可能である。反射要素の曲面は、球面、放射線
または円錐状の少なくとも１つであっても良い。典型的
な反射要素８０を図３に示す。球面の凹型の曲面により
反射要素８０を設計することによって、距離分離要素８
０およびミラーアレイ７５は、光学信号を分散すること
なく、レイリーレンジ(Rayleigh range)ＺRを越えて変
位距離Ｚだけ伸長され得る。本開示の目的により、レイ
リーレンジＺRは、ガウス光ビームの最も狭い点、すな
わち腰部から近い距離であり、ビームの直径が、２の平
方根だけこの距離まで拡大する。一実施形態において、
レイリーレンジＺRは約５０ｍｍであり、変位距離Ｚは
約２０．７ｍｍであり、反射要素８０の曲率半径は約１
４１．５ｍｍである。
素を有する。この曲面反射要素により、ＭＥＭＳ系ミラ
ーアレイの１つ以上の鏡面が、第１の複数個の任意のポ
ートから第２の複数個の任意のポートに光学信号をルー
ティング可能である。反射要素の曲面は、球面、放射線
または円錐状の少なくとも１つであっても良い。典型的
な反射要素８０を図３に示す。球面の凹型の曲面により
反射要素８０を設計することによって、距離分離要素８
０およびミラーアレイ７５は、光学信号を分散すること
なく、レイリーレンジ(Rayleigh range)ＺRを越えて変
位距離Ｚだけ伸長され得る。本開示の目的により、レイ
リーレンジＺRは、ガウス光ビームの最も狭い点、すな
わち腰部から近い距離であり、ビームの直径が、２の平
方根だけこの距離まで拡大する。一実施形態において、
レイリーレンジＺRは約５０ｍｍであり、変位距離Ｚは
約２０．７ｍｍであり、反射要素８０の曲率半径は約１
４１．５ｍｍである。
【０００９】典型的な反射要素８０の曲率により、変位
距離Ｚだけ生成された伸長距離からミラーアレイ７５の
典型的鏡面に光学信号が再び反射することが可能とな
る。伸長距離において、光ビームは、その腰部を通過
し、広がり始める。しかしながら、アレイ７５により受
光された光学信号の反射は、分散しない。広がり光学信
号の曲率が反射要素８０の曲率に一致しているため、光
学信号は分散しない。光学信号を分散することなくレイ
リーレンジを超えて分離が広がるため、アレイ７５にお
ける各鏡面は、反射要素８０により光学信号をルーティ
ングするためにステアリングレンジより少ない有効範囲
が必要である。本発明の一実施形態において要求される
有効範囲は、ステアリングレンジが約１０，４度の図２
Ａの平面反射要素６５と比べ、約７．５度である。これ
らおよび他の利点および目的は、特許請求の範囲および
添付図面とともに読み進められる詳細な説明から、当業
者にとって明らかとなろう。
距離Ｚだけ生成された伸長距離からミラーアレイ７５の
典型的鏡面に光学信号が再び反射することが可能とな
る。伸長距離において、光ビームは、その腰部を通過
し、広がり始める。しかしながら、アレイ７５により受
光された光学信号の反射は、分散しない。広がり光学信
号の曲率が反射要素８０の曲率に一致しているため、光
学信号は分散しない。光学信号を分散することなくレイ
リーレンジを超えて分離が広がるため、アレイ７５にお
ける各鏡面は、反射要素８０により光学信号をルーティ
ングするためにステアリングレンジより少ない有効範囲
が必要である。本発明の一実施形態において要求される
有効範囲は、ステアリングレンジが約１０，４度の図２
Ａの平面反射要素６５と比べ、約７．５度である。これ
らおよび他の利点および目的は、特許請求の範囲および
添付図面とともに読み進められる詳細な説明から、当業
者にとって明らかとなろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】添付図面を参照して非制限の実施
形態の以下の説明を読み進めていくことにより、本発明
がよりよく理解されよう。
形態の以下の説明を読み進めていくことにより、本発明
がよりよく理解されよう。
【００１１】なお、当該適用例の図面は、同一寸法では
なく、単に概略的な表現にすぎないため、本発明の具体
的なパラメータまたは構造上の詳細を描くことを意図す
るものではなく、本明細書中の情報を検討することによ
って当業者が判断できるようにしたものである。
なく、単に概略的な表現にすぎないため、本発明の具体
的なパラメータまたは構造上の詳細を描くことを意図す
るものではなく、本明細書中の情報を検討することによ
って当業者が判断できるようにしたものである。
【００１２】図２Ａを参照すると、固定面鏡面を用いた
光学素子４０の断面図が示されている。光学スイッチン
グ素子４０は、４５で表す入出力ポートの第１部分から
複数の光学信号を受信し、該信号を入出力ポート４５の
第２部分に戻す。鏡面のアレイ５５を固定面鏡面６５と
併用することで、該複数のうち少なくとも１つの光学信
号をルーティングできる。入出力ポート４５は、ミラー
アレイ５５とレイリーレンジＺRだけ間隔を持って設け
られる。同様に、ミラーアレイ５５と面鏡面６５は、レ
イリーレンジＺRだけ間隔を持って設けられている。光
学信号は、幅が約０．５ｍｍ、波長が約１５５０ｎｍの
ポート４５から発信すると、レイリーレンジＺRが約５
０ｎｍになるようなガウス分布を有する。レイリーレン
ジＺRによる分離により、アレイ５５から発信した光学
信号は、その腰部において鏡面６５に到達し、またはそ
の逆も可能であり、これにより、分散を回避できる。
光学素子４０の断面図が示されている。光学スイッチン
グ素子４０は、４５で表す入出力ポートの第１部分から
複数の光学信号を受信し、該信号を入出力ポート４５の
第２部分に戻す。鏡面のアレイ５５を固定面鏡面６５と
併用することで、該複数のうち少なくとも１つの光学信
号をルーティングできる。入出力ポート４５は、ミラー
アレイ５５とレイリーレンジＺRだけ間隔を持って設け
られる。同様に、ミラーアレイ５５と面鏡面６５は、レ
イリーレンジＺRだけ間隔を持って設けられている。光
学信号は、幅が約０．５ｍｍ、波長が約１５５０ｎｍの
ポート４５から発信すると、レイリーレンジＺRが約５
０ｎｍになるようなガウス分布を有する。レイリーレン
ジＺRによる分離により、アレイ５５から発信した光学
信号は、その腰部において鏡面６５に到達し、またはそ
の逆も可能であり、これにより、分散を回避できる。
【００１３】図１および本明細書においてこれに付随す
る本文に詳細に示すように、アレイ５５における１つ以
上の鏡面は、一対の軸を中心とした具体的な座標に対し
て位置決めできる。アレイ５５における各鏡面の位置ま
たは傾きは、入射光学信号が反射し得る方向を確立す
る。各鏡面が傾き得る最大範囲をステアリングレンジΦ
とする。ステアリングレンジΦは、以下の数式により数
学的に表すことができる。
る本文に詳細に示すように、アレイ５５における１つ以
上の鏡面は、一対の軸を中心とした具体的な座標に対し
て位置決めできる。アレイ５５における各鏡面の位置ま
たは傾きは、入射光学信号が反射し得る方向を確立す
る。各鏡面が傾き得る最大範囲をステアリングレンジΦ
とする。ステアリングレンジΦは、以下の数式により数
学的に表すことができる。
【００１４】
【数１】 ここで、Ｄはミラーアレイ５５の幅である。アレイ５５
の各鏡面のステアリングレンジが距離ＺRに反比例する
ことは当業者には明らかであるはずである。このよう
に、距離ＺRが長いほど、必要とされるステアリングレ
ンジはより短いものになる。素子４０の一実現例におい
て、ステアリングレンジΦは約１０．４度であり、幅Ｄ
は約１８．４ｍｍである。
の各鏡面のステアリングレンジが距離ＺRに反比例する
ことは当業者には明らかであるはずである。このよう
に、距離ＺRが長いほど、必要とされるステアリングレ
ンジはより短いものになる。素子４０の一実現例におい
て、ステアリングレンジΦは約１０．４度であり、幅Ｄ
は約１８．４ｍｍである。
【００１５】各鏡面をそのステアリングレンジΦ内に位
置決めする際の具体的な座標は、受信された一連の制御
信号に一致する。たとえばバッファ等、補助的な電子機
器の追加により、１つの信号が具体的な座標およびアレ
イの鏡面それぞれの位置決めを制御し得ることについて
も、当業者には本開示から明らかとなるはずである。こ
のように、本開示の目的のために、制御信号は、一連の
制御信号と交換可能に使用できる。
置決めする際の具体的な座標は、受信された一連の制御
信号に一致する。たとえばバッファ等、補助的な電子機
器の追加により、１つの信号が具体的な座標およびアレ
イの鏡面それぞれの位置決めを制御し得ることについて
も、当業者には本開示から明らかとなるはずである。こ
のように、本開示の目的のために、制御信号は、一連の
制御信号と交換可能に使用できる。
【００１６】以下は、入出力ポート４５の第１部分から
入出力ポート４５の第２部分に光学信号４７’’’を介
して光学信号４７をルーティングする際の、ミラーアレ
イ５５と面鏡面６５との相互作用を表している。制御信
号を受信すると、アレイ５５における第１の典型的鏡面
４９は、光学信号４７を受信して反射するように位置決
めされる。第１の典型的鏡面４９は、光学信号４７’を
面鏡面６５上に送り出す。光学信号４７’は、面鏡面６
５の位置の範囲５１ａ〜５１ａ’内に送られる。鏡面６
５は、面鏡面６５の表面に対して法線に関する入射角
で、送り出された光学信号４７’を典型的鏡面４９から
受信する。反射の法則を用いて、光学信号４７’’は、
入射角と等しい角度で面鏡面６５で反射する。反射の法
則とともに幾何光学についてのさらなる情報のために、
O'Sheaの「近代光学設計の要素(Elements of Modern Op
tical Design)」（Wiley & Sones 1985（以下、「O'She
a」））（言及をもって本明細書中に組み込む）を参照
されたい。面鏡面６５により反射された光学信号４
７’’は、アレイ５５の位置の方に戻る。本例では、面
鏡面６５上の位置５１ａにより、光学信号４７’’は、
第２の典型的鏡面５３の方に送り出される。第２の典型
的鏡面５３は、制御信号に応答して、光学信号４７’’
を受信して反射するように位置決めされる。光学信号４
７’’を受信すると、第２の典型的鏡面５３は、光学信
号４７’’’を入出力ポート４５の第２部分に反射す
る。したがって、アレイ５５の第１および第２の典型的
鏡面４９および５３を位置決めすることによって、光学
信号４７を入出力ポート４５の第１部分から入出力ポー
ト４５の第２部分に光学信号４７’’’だけルーティン
グすることは、これにより完了する。なお、ミラーアレ
イ５５の複数の鏡面を面鏡面５４と併用することによ
り、複数の光学信号をルーティングし得ることは、図２
およびこれに付随する本文において当業者には明らかと
なるはずである。
入出力ポート４５の第２部分に光学信号４７’’’を介
して光学信号４７をルーティングする際の、ミラーアレ
イ５５と面鏡面６５との相互作用を表している。制御信
号を受信すると、アレイ５５における第１の典型的鏡面
４９は、光学信号４７を受信して反射するように位置決
めされる。第１の典型的鏡面４９は、光学信号４７’を
面鏡面６５上に送り出す。光学信号４７’は、面鏡面６
５の位置の範囲５１ａ〜５１ａ’内に送られる。鏡面６
５は、面鏡面６５の表面に対して法線に関する入射角
で、送り出された光学信号４７’を典型的鏡面４９から
受信する。反射の法則を用いて、光学信号４７’’は、
入射角と等しい角度で面鏡面６５で反射する。反射の法
則とともに幾何光学についてのさらなる情報のために、
O'Sheaの「近代光学設計の要素(Elements of Modern Op
tical Design)」（Wiley & Sones 1985（以下、「O'She
a」））（言及をもって本明細書中に組み込む）を参照
されたい。面鏡面６５により反射された光学信号４
７’’は、アレイ５５の位置の方に戻る。本例では、面
鏡面６５上の位置５１ａにより、光学信号４７’’は、
第２の典型的鏡面５３の方に送り出される。第２の典型
的鏡面５３は、制御信号に応答して、光学信号４７’’
を受信して反射するように位置決めされる。光学信号４
７’’を受信すると、第２の典型的鏡面５３は、光学信
号４７’’’を入出力ポート４５の第２部分に反射す
る。したがって、アレイ５５の第１および第２の典型的
鏡面４９および５３を位置決めすることによって、光学
信号４７を入出力ポート４５の第１部分から入出力ポー
ト４５の第２部分に光学信号４７’’’だけルーティン
グすることは、これにより完了する。なお、ミラーアレ
イ５５の複数の鏡面を面鏡面５４と併用することによ
り、複数の光学信号をルーティングし得ることは、図２
およびこれに付随する本文において当業者には明らかと
なるはずである。
【００１７】図２Ｂを参照して、典型的鏡面４９のステ
アリングレンジΦを描いた断面図が示される。光学信号
を面鏡面６５上の位置５１ａに反射するために、典型的
鏡面４９は、反時計回りにΦ／２の角度だけ傾く。同様
に、典型的鏡面４９が入射光学信号を面鏡面６５上の位
置５１ａ’に反射するために、鏡面４９は、時計回りに
Φ／２の角度だけ傾く。したがって、典型的鏡面４９の
ステアリングレンジは、Φ／２とΦ／２の計、すなわち
Φである。
アリングレンジΦを描いた断面図が示される。光学信号
を面鏡面６５上の位置５１ａに反射するために、典型的
鏡面４９は、反時計回りにΦ／２の角度だけ傾く。同様
に、典型的鏡面４９が入射光学信号を面鏡面６５上の位
置５１ａ’に反射するために、鏡面４９は、時計回りに
Φ／２の角度だけ傾く。したがって、典型的鏡面４９の
ステアリングレンジは、Φ／２とΦ／２の計、すなわち
Φである。
【００１８】また、時計回りにΦ／２の角度だけ傾くこ
とによって、鏡面４９は、その中立位置から距離χだけ
変位されることも分かるはずである。同様に、鏡面４９
は、反時計回りにΦ／２の角度だけ傾く際に距離χだけ
変位される。上述のように、鏡面４９は、受信された制
御信号からの電圧に応答して傾く。鏡面４９によりχだ
け移動した距離は、受信された制御信号の電圧に一致す
る。したがって、鏡面４９を距離χ移動させるために
は、受信された制御信号から１５０Ｖの電圧が必要にな
るといえる。約１０．４度のステアリングレンジΦの場
合、鏡面４９が移動する距離χは、約２２．８μｍであ
る。
とによって、鏡面４９は、その中立位置から距離χだけ
変位されることも分かるはずである。同様に、鏡面４９
は、反時計回りにΦ／２の角度だけ傾く際に距離χだけ
変位される。上述のように、鏡面４９は、受信された制
御信号からの電圧に応答して傾く。鏡面４９によりχだ
け移動した距離は、受信された制御信号の電圧に一致す
る。したがって、鏡面４９を距離χ移動させるために
は、受信された制御信号から１５０Ｖの電圧が必要にな
るといえる。約１０．４度のステアリングレンジΦの場
合、鏡面４９が移動する距離χは、約２２．８μｍであ
る。
【００１９】図３Ａおよび図３Ｂを参照すると、本発明
の原理を利用した光学スイッチング素子７０の断面図が
示されている。光学スイッチング素子７０は、ミラーア
レイ７５と、曲面凹面反射要素８０と、を含む。一実施
形態において、反射要素８０は、曲率半径を有する球面
形状鏡面である。代替例において、放射線または円錐形
状鏡面を曲面反射要素８０として使用してもよい。
の原理を利用した光学スイッチング素子７０の断面図が
示されている。光学スイッチング素子７０は、ミラーア
レイ７５と、曲面凹面反射要素８０と、を含む。一実施
形態において、反射要素８０は、曲率半径を有する球面
形状鏡面である。代替例において、放射線または円錐形
状鏡面を曲面反射要素８０として使用してもよい。
【００２０】ミラーアレイ７５は、図２Ａの光学素子４
０と比較して、曲面反射要素８０とレイリーレンジＺR
より長い距離だけ間隔を置いて配置される。アレイ７５
および反射要素８０は、レイリーレンジＺRおよび変位
距離Ｚの計に等しい距離だけ離れている。アレイ７５と
反射要素８０の分離が大きくなると、ミラーアレイ７５
と反射要素８０との間で反射される光学信号が分散しな
い。光学信号が広がる曲率が反射要素８０の曲率に等し
いため、光学信号は分散しない。したがって、反射要素
８０の曲率半径は、変位距離ＺおよびレイリーレンジＺ
Rに一致し、この関係は、以下の数式で表される。
０と比較して、曲面反射要素８０とレイリーレンジＺR
より長い距離だけ間隔を置いて配置される。アレイ７５
および反射要素８０は、レイリーレンジＺRおよび変位
距離Ｚの計に等しい距離だけ離れている。アレイ７５と
反射要素８０の分離が大きくなると、ミラーアレイ７５
と反射要素８０との間で反射される光学信号が分散しな
い。光学信号が広がる曲率が反射要素８０の曲率に等し
いため、光学信号は分散しない。したがって、反射要素
８０の曲率半径は、変位距離ＺおよびレイリーレンジＺ
Rに一致し、この関係は、以下の数式で表される。
【００２１】
【数２】 ここで、Ｒは曲率半径である。半径Ｒが所与のレイリー
レンジＺRに合わせて増大するのにともなって反射要素
８０により生成される変位距離Ｚが増大することは、上
記の数式から当業者には明らかとなるはずである。本発
明の一実施形態において、光学信号は、幅が約０．５ｍ
ｍの光源から発信し、レイリーレンジＺRが約５０ｍ
ｍ、変位距離Ｚが約２０．７ｍｍおよび曲率半径Ｒが約
１４１．５ｍｍになる。
レンジＺRに合わせて増大するのにともなって反射要素
８０により生成される変位距離Ｚが増大することは、上
記の数式から当業者には明らかとなるはずである。本発
明の一実施形態において、光学信号は、幅が約０．５ｍ
ｍの光源から発信し、レイリーレンジＺRが約５０ｍ
ｍ、変位距離Ｚが約２０．７ｍｍおよび曲率半径Ｒが約
１４１．５ｍｍになる。
【００２２】アレイ７５における各鏡面は、図２Ａのア
レイ５５の各鏡面のステアリングレンジΦより小さい有
効範囲が必要となる。変位距離Ｚによりアレイ７５と曲
面反射要素８０との間にさらに間隔を置いた結果、アレ
イ７５における各鏡面の有効範囲は小さくなる。アレイ
７５における各鏡面の有効範囲は、入射角βの１／２と
出射角αの１／２の計に等しい。角度範囲内で光学信号
を反射または再送出するためには、鏡面を所望の角度範
囲の角度の１／２傾ける必要があることは、反射および
幾何光学の法則から当業者には明らかとなるはずであ
る。O'Sheaを参照されたい。図３Ｂに示すように、アレ
イ７５における各鏡面の有効範囲は、各鏡面が入射光学
信号β／２を受信するために必要とされる傾きと、各鏡
面が出射光学信号α／２を送出するために必要とされる
傾きとの計に等しい。
レイ５５の各鏡面のステアリングレンジΦより小さい有
効範囲が必要となる。変位距離Ｚによりアレイ７５と曲
面反射要素８０との間にさらに間隔を置いた結果、アレ
イ７５における各鏡面の有効範囲は小さくなる。アレイ
７５における各鏡面の有効範囲は、入射角βの１／２と
出射角αの１／２の計に等しい。角度範囲内で光学信号
を反射または再送出するためには、鏡面を所望の角度範
囲の角度の１／２傾ける必要があることは、反射および
幾何光学の法則から当業者には明らかとなるはずであ
る。O'Sheaを参照されたい。図３Ｂに示すように、アレ
イ７５における各鏡面の有効範囲は、各鏡面が入射光学
信号β／２を受信するために必要とされる傾きと、各鏡
面が出射光学信号α／２を送出するために必要とされる
傾きとの計に等しい。
【００２３】入射角βは、アレイ７５における各鏡面
が、アレイ７５の一端からアレイ７５の他端まで光学信
号を送出するのに必要とされる角度である。説明の目的
のために、入射角βにより、光学信号は、第１の典型的
鏡面８２から第２の典型的鏡面８４に送出されることが
可能になる。入射角βは、以下の数式により数学的に表
される。
が、アレイ７５の一端からアレイ７５の他端まで光学信
号を送出するのに必要とされる角度である。説明の目的
のために、入射角βにより、光学信号は、第１の典型的
鏡面８２から第２の典型的鏡面８４に送出されることが
可能になる。入射角βは、以下の数式により数学的に表
される。
【００２４】
【数３】 ここで、Ｄはアレイ７５の幅である。上記の数式から、
入射角βは、変位距離Ｚに反比例し、変位距離Ｚが増加
すると入射角βは減少し、またその逆もある。本発明の
一実施形態において、アレイ７５の幅Ｄは、約１８．４
ｍｍであり、入射角βは約３．７５度である。
入射角βは、変位距離Ｚに反比例し、変位距離Ｚが増加
すると入射角βは減少し、またその逆もある。本発明の
一実施形態において、アレイ７５の幅Ｄは、約１８．４
ｍｍであり、入射角βは約３．７５度である。
【００２５】出射角αは、曲面反射要素８０から出射し
た光学信号を受信するようにアレイ７５における各鏡面
が位置決めされるのに必要とされる角度である。出射角
αは、以下の数式により表される。
た光学信号を受信するようにアレイ７５における各鏡面
が位置決めされるのに必要とされる角度である。出射角
αは、以下の数式により表される。
【００２６】
【数４】 ここで、出射角αは、変位距離の存在により形成され
る。出射角αが変位距離Ｚに比例し、変位距離Ｚが増加
すると反射角のずれαは増加し、またその逆もあること
が当業者には明らかとなるはずである。本発明の一実施
形態において、アレイ７５の幅Ｄは、約１８．４ｍｍで
あり、出射角αは約３．７５度である。
る。出射角αが変位距離Ｚに比例し、変位距離Ｚが増加
すると反射角のずれαは増加し、またその逆もあること
が当業者には明らかとなるはずである。本発明の一実施
形態において、アレイ７５の幅Ｄは、約１８．４ｍｍで
あり、出射角αは約３．７５度である。
【００２７】また、α／２の角度に時計回りに傾けるこ
とによって、第１の典型的鏡面８２は、その中立位置か
ら距離ｙαだけ変位されることも分かるはずである。鏡
面８２も、β／２の角度に反時計回りに傾くと、その中
立位置から距離ｙβだけ変位される。上述のように、鏡
面８２は、受信された制御信号からの電圧に応答して傾
く。鏡面８２により移動した距離ｙαまたはｙβは、受
信された制御信号の電圧にそれぞれ一致する。したがっ
て、鏡面８２を距離ｙαまたはｙβ移動させるために
は、受信された制御信号から約１３０Ｖの電圧が必要と
され得る。一実施形態において、入射角βおよび出射角
αは、ともに約３．７５度に等しく、距離ｙαおよびｙ
βは、ともに約１６．４μｍに等しい。
とによって、第１の典型的鏡面８２は、その中立位置か
ら距離ｙαだけ変位されることも分かるはずである。鏡
面８２も、β／２の角度に反時計回りに傾くと、その中
立位置から距離ｙβだけ変位される。上述のように、鏡
面８２は、受信された制御信号からの電圧に応答して傾
く。鏡面８２により移動した距離ｙαまたはｙβは、受
信された制御信号の電圧にそれぞれ一致する。したがっ
て、鏡面８２を距離ｙαまたはｙβ移動させるために
は、受信された制御信号から約１３０Ｖの電圧が必要と
され得る。一実施形態において、入射角βおよび出射角
αは、ともに約３．７５度に等しく、距離ｙαおよびｙ
βは、ともに約１６．４μｍに等しい。
【００２８】以下は、光学スイッチング素子７０により
出射信号７２’’’を介して入射した光学信号７２をル
ーティングする際の、ミラーアレイ７５と曲面反射要素
８０との間の相互作用を表している。制御信号を受信す
ると、アレイ７５における第１の典型的鏡面８２は、入
射光学信号７２を受信して反射するように位置決めされ
る。第１の典型的鏡面８２は、光学信号７２’を曲面反
射要素８０上に送り出す。光学信号７２’は、典型的鏡
面８２により、曲面反射要素８０の位置の範囲７４ａ〜
７４ａ’内に送られる。曲面反射要素８０は、曲面反射
要素８０の表面に対して法線に関する入射角で、送り出
された光学信号７２’を典型的鏡面８２から受信する。
反射の法則を用いて、光学信号７２’’は、入射角と等
しい角度で曲面反射要素８０で反射する。光学信号７
２’’は、アレイ７５上の位置の方に戻る。本例では、
曲面反射要素８０上の位置７４ａにより、光学信号７
２’’は、第２の典型的鏡面８４の方に送り出される。
第２の典型的鏡面８４は、制御信号に応答して、光学信
号７２’’を受信して反射するように位置決めされる。
光学信号７２’’を受信すると、第２の典型的鏡面８４
は、光学信号７２’’’を反射する。したがって、アレ
イ７５の第１および第２の典型的鏡面８２および８４を
ともに位置決めすることによって、光学スイッチング素
子８０は、入射した光学信号７２を出射した光学信号７
２’’’にルーティングする。なお、ミラーアレイ７５
の複数の鏡面を曲面反射要素８０と併用することによ
り、複数の光学信号をルーティングし得ることは、本明
細書の開示に鑑みて当業者には明らかとなるはずであ
る。
出射信号７２’’’を介して入射した光学信号７２をル
ーティングする際の、ミラーアレイ７５と曲面反射要素
８０との間の相互作用を表している。制御信号を受信す
ると、アレイ７５における第１の典型的鏡面８２は、入
射光学信号７２を受信して反射するように位置決めされ
る。第１の典型的鏡面８２は、光学信号７２’を曲面反
射要素８０上に送り出す。光学信号７２’は、典型的鏡
面８２により、曲面反射要素８０の位置の範囲７４ａ〜
７４ａ’内に送られる。曲面反射要素８０は、曲面反射
要素８０の表面に対して法線に関する入射角で、送り出
された光学信号７２’を典型的鏡面８２から受信する。
反射の法則を用いて、光学信号７２’’は、入射角と等
しい角度で曲面反射要素８０で反射する。光学信号７
２’’は、アレイ７５上の位置の方に戻る。本例では、
曲面反射要素８０上の位置７４ａにより、光学信号７
２’’は、第２の典型的鏡面８４の方に送り出される。
第２の典型的鏡面８４は、制御信号に応答して、光学信
号７２’’を受信して反射するように位置決めされる。
光学信号７２’’を受信すると、第２の典型的鏡面８４
は、光学信号７２’’’を反射する。したがって、アレ
イ７５の第１および第２の典型的鏡面８２および８４を
ともに位置決めすることによって、光学スイッチング素
子８０は、入射した光学信号７２を出射した光学信号７
２’’’にルーティングする。なお、ミラーアレイ７５
の複数の鏡面を曲面反射要素８０と併用することによ
り、複数の光学信号をルーティングし得ることは、本明
細書の開示に鑑みて当業者には明らかとなるはずであ
る。
【００２９】図４を参照すると、図３Ａおよび図３Ｂの
光学素子７０の原理を用いて、光学信号をルーティング
する光学素子１００の断面図が示される。光学素子１０
０は、入出力ポート１１０の第１部分から入出力ポート
１１０の第２部分に複数の光学信号をルーティングす
る。本構成において、入出力ポート１１０の第１および
第２部分は、単一ハウジング内に構成される。しかしな
がら、代替の構成も使用可能であることは、以下の開示
から当業者には明らかとなるはずである。
光学素子７０の原理を用いて、光学信号をルーティング
する光学素子１００の断面図が示される。光学素子１０
０は、入出力ポート１１０の第１部分から入出力ポート
１１０の第２部分に複数の光学信号をルーティングす
る。本構成において、入出力ポート１１０の第１および
第２部分は、単一ハウジング内に構成される。しかしな
がら、代替の構成も使用可能であることは、以下の開示
から当業者には明らかとなるはずである。
【００３０】複数の光学信号の各光学信号は、鏡面１２
０のアレイを曲面凹面反射要素１３０と併用することで
ルーティングされる。ミラーアレイ１２０は、レイリー
レンジだけポート１１０から間隔を置いて配置される。
ミラーアレイ１２０には、マトリクス状の反射体が設け
られている。一実施形態において、マトリクス状の反射
体は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイにより実現される。アレ
イ１２０の各鏡面は、制御信号に応答した位置まで傾
く。アレイ１２０の典型的鏡面が特定位置まで傾けられ
ると、典型的鏡面は、反射の法則により、入射した光学
信号を曲面反射要素１３０上の特定の位置に送り出すこ
とができる。説明の目的のために、ミラーアレイ１２０
は、第１および第２のそれぞれ典型的鏡面１２５および
１３５を含む。
０のアレイを曲面凹面反射要素１３０と併用することで
ルーティングされる。ミラーアレイ１２０は、レイリー
レンジだけポート１１０から間隔を置いて配置される。
ミラーアレイ１２０には、マトリクス状の反射体が設け
られている。一実施形態において、マトリクス状の反射
体は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイにより実現される。アレ
イ１２０の各鏡面は、制御信号に応答した位置まで傾
く。アレイ１２０の典型的鏡面が特定位置まで傾けられ
ると、典型的鏡面は、反射の法則により、入射した光学
信号を曲面反射要素１３０上の特定の位置に送り出すこ
とができる。説明の目的のために、ミラーアレイ１２０
は、第１および第２のそれぞれ典型的鏡面１２５および
１３５を含む。
【００３１】反射要素１３０は、曲面凹面形状である。
反射要素１３０の曲率により、アレイ１２０と要素１３
０との間で反射される光エネルギーを分散することな
く、アレイ１２０と要素１３０との間隔がレイリーレン
ジＺRと変位距離Ｚとの計まで増大することが可能であ
る。広がり光学信号の曲率が反射要素１３０の曲率に一
致しているため、光学信号は分散しない。レイリーレン
ジＺR、変位距離Ｚおよび曲率半径Ｒは、上記で詳述し
た数式において表されるように、互いに数学的に相関す
る。本発明の一実施形態において、曲面反射要素１３０
は、球面形状鏡面である。しかしながら、本開示を検討
すれば、各種の代替例が、当業者にとって明らかとなろ
う。
反射要素１３０の曲率により、アレイ１２０と要素１３
０との間で反射される光エネルギーを分散することな
く、アレイ１２０と要素１３０との間隔がレイリーレン
ジＺRと変位距離Ｚとの計まで増大することが可能であ
る。広がり光学信号の曲率が反射要素１３０の曲率に一
致しているため、光学信号は分散しない。レイリーレン
ジＺR、変位距離Ｚおよび曲率半径Ｒは、上記で詳述し
た数式において表されるように、互いに数学的に相関す
る。本発明の一実施形態において、曲面反射要素１３０
は、球面形状鏡面である。しかしながら、本開示を検討
すれば、各種の代替例が、当業者にとって明らかとなろ
う。
【００３２】以下は、入出力ポート１１０の第１部分か
ら入出力ポート１１０の第２部分に入射光学信号１１５
をルーティングする際の、ミラーアレイ１２０と曲面反
射要素１３０との間の相互作用を表している。制御信号
を受信すると、アレイ１２０における第１の典型的鏡面
１２５は、入射光学信号１１５を受信して反射するよう
に位置決めされる。第１の典型的鏡面１２５は、光学信
号１１５’を曲面反射要素１３０上に送り出す。光学信
号１１５’は、典型的鏡面１２５により、曲面反射要素
１３０上の位置の範囲１１７ａ〜１１７ａ’内に送られ
る。曲面反射要素１３０は、曲面反射要素１３０の表面
に対して法線に関する入射角で、送り出された光学信号
１１５’を典型的鏡面１２５から受信する。反射の法則
を用いて、光学信号１１５’’は、入射角と等しい角度
で曲面反射要素１３０で反射する。光学信号１１５’’
は、アレイ１２０上の位置の方に戻る。本例では、曲面
反射要素１３０上の位置１１７ａにより、光学信号１１
５’’は、第２の典型的鏡面１３５の方に送り出され
る。第２の典型的鏡面１３５は、制御信号に応答して、
光学信号１１５’’を受信して反射するように位置決め
される。光学信号１１５’’を受信すると、第２の典型
的鏡面１３５は、光学信号１１５’’’を反射する。し
たがって、アレイ１２０の第１および第２の典型的鏡面
１２５および１３５をともに位置決めすることによっ
て、光学スイッチング素子１００は、入射した光学信号
１１５を入出力ポート１１０の第１部分から入出ポート
１１０の第２部分にルーティングする。なお、ミラーア
レイ１２０の複数の鏡面を曲面反射要素１３０と併用す
ることにより、複数の光学信号をルーティングし得るこ
とは、本明細書の開示に鑑みて当業者には明らかとなる
はずである。
ら入出力ポート１１０の第２部分に入射光学信号１１５
をルーティングする際の、ミラーアレイ１２０と曲面反
射要素１３０との間の相互作用を表している。制御信号
を受信すると、アレイ１２０における第１の典型的鏡面
１２５は、入射光学信号１１５を受信して反射するよう
に位置決めされる。第１の典型的鏡面１２５は、光学信
号１１５’を曲面反射要素１３０上に送り出す。光学信
号１１５’は、典型的鏡面１２５により、曲面反射要素
１３０上の位置の範囲１１７ａ〜１１７ａ’内に送られ
る。曲面反射要素１３０は、曲面反射要素１３０の表面
に対して法線に関する入射角で、送り出された光学信号
１１５’を典型的鏡面１２５から受信する。反射の法則
を用いて、光学信号１１５’’は、入射角と等しい角度
で曲面反射要素１３０で反射する。光学信号１１５’’
は、アレイ１２０上の位置の方に戻る。本例では、曲面
反射要素１３０上の位置１１７ａにより、光学信号１１
５’’は、第２の典型的鏡面１３５の方に送り出され
る。第２の典型的鏡面１３５は、制御信号に応答して、
光学信号１１５’’を受信して反射するように位置決め
される。光学信号１１５’’を受信すると、第２の典型
的鏡面１３５は、光学信号１１５’’’を反射する。し
たがって、アレイ１２０の第１および第２の典型的鏡面
１２５および１３５をともに位置決めすることによっ
て、光学スイッチング素子１００は、入射した光学信号
１１５を入出力ポート１１０の第１部分から入出ポート
１１０の第２部分にルーティングする。なお、ミラーア
レイ１２０の複数の鏡面を曲面反射要素１３０と併用す
ることにより、複数の光学信号をルーティングし得るこ
とは、本明細書の開示に鑑みて当業者には明らかとなる
はずである。
【００３３】典型的鏡面１２５および１３５を含む、ア
レイ１２０における各鏡面は、図２Ａのアレイ５５の各
鏡面のステアリングレンジΦより小さい有効範囲が必要
である。アレイ１２０における各鏡面の有効範囲は、変
位距離Ｚによりアレイ１２０と曲面反射要素１３０との
間にさらに間隔を置いた結果、アレイ１２０における各
鏡面の有効範囲は小さくなる。アレイ１２０における各
鏡面の有効範囲は、各鏡面が入射光学信号β／２を受信
するために必要とされる傾きと、各鏡面が出射光学信号
α／２を送出するために必要とされる傾きとの計に等し
い。時計回りにα／２の角度に傾き、かつ反時計回りに
β／２の角度に傾くことによって、アレイ１２０の各鏡
面は、その中立位置から特定の移動距離だけ移動する。
レイ１２０における各鏡面は、図２Ａのアレイ５５の各
鏡面のステアリングレンジΦより小さい有効範囲が必要
である。アレイ１２０における各鏡面の有効範囲は、変
位距離Ｚによりアレイ１２０と曲面反射要素１３０との
間にさらに間隔を置いた結果、アレイ１２０における各
鏡面の有効範囲は小さくなる。アレイ１２０における各
鏡面の有効範囲は、各鏡面が入射光学信号β／２を受信
するために必要とされる傾きと、各鏡面が出射光学信号
α／２を送出するために必要とされる傾きとの計に等し
い。時計回りにα／２の角度に傾き、かつ反時計回りに
β／２の角度に傾くことによって、アレイ１２０の各鏡
面は、その中立位置から特定の移動距離だけ移動する。
【００３４】本発明の一実施形態において、光学信号
は、幅が約０．５ｍｍおよび波長が約１５５０ｎｍのポ
ート１１０から発信し、レイリーレンジＺRが約５０ｍ
ｍ、変位距離Ｚが約２０．７ｍｍおよび曲面反射要素１
３０の曲率半径Ｒが約１４１．５ｍｍ、アレイ１２０の
幅Ｄが約１８．４ｍｍ、そして入射角および出射角βお
よびαがそれぞれ約３．７５度に等しくなる。入射角お
よび出射角βおよびαがそれぞれ約３．７５度に等しい
場合、各鏡面は、時計回りに傾くとともに反時計回りに
傾く際に約１６．４μｍ移動する。
は、幅が約０．５ｍｍおよび波長が約１５５０ｎｍのポ
ート１１０から発信し、レイリーレンジＺRが約５０ｍ
ｍ、変位距離Ｚが約２０．７ｍｍおよび曲面反射要素１
３０の曲率半径Ｒが約１４１．５ｍｍ、アレイ１２０の
幅Ｄが約１８．４ｍｍ、そして入射角および出射角βお
よびαがそれぞれ約３．７５度に等しくなる。入射角お
よび出射角βおよびαがそれぞれ約３．７５度に等しい
場合、各鏡面は、時計回りに傾くとともに反時計回りに
傾く際に約１６．４μｍ移動する。
【００３５】図５Ａ〜図５Ｄを参照すると、曲面反射要
素のいくつかの実施形態の断面図が示される。これらの
実現例は、光学信号を分散せずに、ミラーアレイと曲面
反射要素の距離をレイリーレンジを越えて伸長するため
にミラーアレイとともにそれぞれ使用され得る。これら
の実施形態は、図５Ａの凸面鏡面と、図５Ｂの収束反射
光学信号を生成する両凸レンズを有する平面鏡面と、図
５Ｃのマンジャン（Mangin）鏡面と、図５Ｄの複合マン
ジャン鏡面を含む。レンズおよび鏡面設計について一般
的であり、またマンジャン鏡面について具体的である、
さらに詳細な情報については、Smithの「近代レンズ設
計：光源マニュアル(Modern Lens Design: A Resource
Manual)」McGraw-Hill 1992（以下「Smith」）（言及を
もって本明細書中に組み込む）を参照されたい。なお、
図５Ａ〜図５Ｄに図示の例は単なる例示にすぎずこれを
もってすべてとするものではないことは当業者には明ら
かであるはずである。光学信号を分散せずに、本明細書
中に詳しく記載した信号をルーティングする光学素子に
おいて使用される場合、図５Ａ〜図５Ｄに示す曲面反射
要素のそれぞれは、特に選択された曲面反射要素の曲率
半径に一致する距離でミラーアレイと間隔を置いて配置
される。この曲率半径Ｒ、レイリーレンジＺ Rおよび変
位距離Ｚの関係は、上記で詳述した数式において表され
る。
素のいくつかの実施形態の断面図が示される。これらの
実現例は、光学信号を分散せずに、ミラーアレイと曲面
反射要素の距離をレイリーレンジを越えて伸長するため
にミラーアレイとともにそれぞれ使用され得る。これら
の実施形態は、図５Ａの凸面鏡面と、図５Ｂの収束反射
光学信号を生成する両凸レンズを有する平面鏡面と、図
５Ｃのマンジャン（Mangin）鏡面と、図５Ｄの複合マン
ジャン鏡面を含む。レンズおよび鏡面設計について一般
的であり、またマンジャン鏡面について具体的である、
さらに詳細な情報については、Smithの「近代レンズ設
計：光源マニュアル(Modern Lens Design: A Resource
Manual)」McGraw-Hill 1992（以下「Smith」）（言及を
もって本明細書中に組み込む）を参照されたい。なお、
図５Ａ〜図５Ｄに図示の例は単なる例示にすぎずこれを
もってすべてとするものではないことは当業者には明ら
かであるはずである。光学信号を分散せずに、本明細書
中に詳しく記載した信号をルーティングする光学素子に
おいて使用される場合、図５Ａ〜図５Ｄに示す曲面反射
要素のそれぞれは、特に選択された曲面反射要素の曲率
半径に一致する距離でミラーアレイと間隔を置いて配置
される。この曲率半径Ｒ、レイリーレンジＺ Rおよび変
位距離Ｚの関係は、上記で詳述した数式において表され
る。
【００３６】図６を参照すると、光学信号をルーティン
グするための光学素子１５０の断面図が示される。光学
素子１５０は、第１のポート１６０から第２のポート２
００に複数の光学信号をルーティングする。第１および
第２のポート１６０および２００は、本実施形態におい
て、図４の入出力ポート１１０のように同位置に配置さ
れない。
グするための光学素子１５０の断面図が示される。光学
素子１５０は、第１のポート１６０から第２のポート２
００に複数の光学信号をルーティングする。第１および
第２のポート１６０および２００は、本実施形態におい
て、図４の入出力ポート１１０のように同位置に配置さ
れない。
【００３７】光学スイッチ１５０は、第１および第２の
ミラーアレイ１７０および１９０を曲面反射要素１８０
と組み合わせたものを備える。各ミラーアレイには、マ
トリクス状の反射体または鏡面が設けられている。第１
および／または第２の鏡面レイ１７０および／または１
９０は、共通基材上に形成されたＭＥＭＳ系ミラーアレ
イにより実現されてもよい。ミラーアレイ１７０および
１９０それぞれは、制御信号に応じて、傾斜しても良
い。一旦ミラーアレイ１７０が位置決めされると、第１
のポート１６０からの１つ以上の入射光学信号が、反射
の法則により、曲面反射要素８０上の特定位置（複数も
可）に送り出される。
ミラーアレイ１７０および１９０を曲面反射要素１８０
と組み合わせたものを備える。各ミラーアレイには、マ
トリクス状の反射体または鏡面が設けられている。第１
および／または第２の鏡面レイ１７０および／または１
９０は、共通基材上に形成されたＭＥＭＳ系ミラーアレ
イにより実現されてもよい。ミラーアレイ１７０および
１９０それぞれは、制御信号に応じて、傾斜しても良
い。一旦ミラーアレイ１７０が位置決めされると、第１
のポート１６０からの１つ以上の入射光学信号が、反射
の法則により、曲面反射要素８０上の特定位置（複数も
可）に送り出される。
【００３８】曲面反射要素１８０は、凹面形状である。
要素１８０の曲率により、ミラーアレイ１７０と反射要
素１８０との間およびミラーアレイ１９０と反射要素１
８０との間で反射される光エネルギーを分散せずに、ア
レイ１７０と反射要素１８０との間の間隔、およびアレ
イ１９０と反射要素１８０との間の間隔が、レイリーレ
ンジＺRと変位距離Ｚとの計に増大可能である。本発明
の一実施形態において、曲面反射要素１８０は、球面形
状鏡面である。しかしながら、本開示を検討すれば、各
種の代替例が、当業者にとって明らかとなろう。
要素１８０の曲率により、ミラーアレイ１７０と反射要
素１８０との間およびミラーアレイ１９０と反射要素１
８０との間で反射される光エネルギーを分散せずに、ア
レイ１７０と反射要素１８０との間の間隔、およびアレ
イ１９０と反射要素１８０との間の間隔が、レイリーレ
ンジＺRと変位距離Ｚとの計に増大可能である。本発明
の一実施形態において、曲面反射要素１８０は、球面形
状鏡面である。しかしながら、本開示を検討すれば、各
種の代替例が、当業者にとって明らかとなろう。
【００３９】以下は、第１のポート１６０から第２のポ
ート２００に一対の入射光学素子１６５および１７５を
ルーティングする際の、ミラーアレイ１７０、曲面反射
要素１８０およびミラーアレイ１９０間の相互作用を表
している。制御信号を受信すると、第１および第２の典
型的鏡面２０５および２１０は、入射光学信号１６５お
よび１７５を受信して反射するようにそれぞれ位置決め
される。第１の典型的鏡面２０５は、光学信号１６５’
を曲面反射要素１８０上に送り出し、第２の典型的鏡面
２１０は、光学信号１７５’を曲面要素１８０上に送り
出す。光学信号１６５’は、典型的鏡面２０５により、
曲面反射要素１８０上の位置の範囲２３０ａ〜２３０
ａ’内に送られる。同様に、光学信号１７５’は、典型
的鏡面２１０により、曲面反射要素１８０上の位置の範
囲２３０ａ〜２３０ａ’ ’内に送られる。曲面反射要
素１８０は、曲面反射要素１８０の表面に対して法線に
関する入射角で、送り出された光学信号１６５’を典型
的鏡面２０５から受信する。光学信号１７５’は、曲面
反射要素１８０の表面に対して法線に関する入射角で、
典型的鏡面２１０から曲面反射要素１８０により受信さ
れる。反射の法則を用いて、光学信号１６５’’および
１７５’’は、入射角と等しい角度で曲面反射要素１８
０でそれぞれ反射する。次いで、光学信号１６５’’
は、第２のアレイ１９０上の第１の位置の方向に送り出
され、光学信号１７５’’は、第２のアレイ１９０上の
第２の位置の方向に送り出される。本例では、曲面反射
要素１８０上の位置２３０ａ’により、光学信号１６
５’’は、第２のアレイ１９０上の第３の典型的鏡面２
１５の方に送り出され、曲面反射要素１８０上の位置２
３０ａ’ ’により、光学信号１７５’’は、第２のア
レイ１９０上の第４の典型的鏡面２２０の方に送り出さ
れる。第３の典型的鏡面２１５は、制御信号に応答し
て、光学信号１６５’’を受信して反射するように位置
決めされる。第４の典型的鏡面２２０は、制御信号に応
答して、光学信号１７５’’を受信して反射するように
位置決めされる。光学信号１６５’’および１７５’’
を受信すると、第３および第４の典型的鏡面２１５およ
び２２０は、光学信号１６５’’’および１７５’’’
を反射する。したがって、アレイ１９０の第３および第
４の典型的鏡面２１５および２１０をともに位置決めす
ることによって、光学スイッチング素子１５０は、入射
した光学信号１６５および１７５を第１のポート１６０
から第２のポート２００にルーティングする。なお、ミ
ラーアレイ１７０および１９０の複数の鏡面ならびに曲
面反射要素１８０を使用することにより、複数の光学信
号をルーティングし得ることは、本明細書の開示に鑑み
て当業者には明らかとなるはずである。
ート２００に一対の入射光学素子１６５および１７５を
ルーティングする際の、ミラーアレイ１７０、曲面反射
要素１８０およびミラーアレイ１９０間の相互作用を表
している。制御信号を受信すると、第１および第２の典
型的鏡面２０５および２１０は、入射光学信号１６５お
よび１７５を受信して反射するようにそれぞれ位置決め
される。第１の典型的鏡面２０５は、光学信号１６５’
を曲面反射要素１８０上に送り出し、第２の典型的鏡面
２１０は、光学信号１７５’を曲面要素１８０上に送り
出す。光学信号１６５’は、典型的鏡面２０５により、
曲面反射要素１８０上の位置の範囲２３０ａ〜２３０
ａ’内に送られる。同様に、光学信号１７５’は、典型
的鏡面２１０により、曲面反射要素１８０上の位置の範
囲２３０ａ〜２３０ａ’ ’内に送られる。曲面反射要
素１８０は、曲面反射要素１８０の表面に対して法線に
関する入射角で、送り出された光学信号１６５’を典型
的鏡面２０５から受信する。光学信号１７５’は、曲面
反射要素１８０の表面に対して法線に関する入射角で、
典型的鏡面２１０から曲面反射要素１８０により受信さ
れる。反射の法則を用いて、光学信号１６５’’および
１７５’’は、入射角と等しい角度で曲面反射要素１８
０でそれぞれ反射する。次いで、光学信号１６５’’
は、第２のアレイ１９０上の第１の位置の方向に送り出
され、光学信号１７５’’は、第２のアレイ１９０上の
第２の位置の方向に送り出される。本例では、曲面反射
要素１８０上の位置２３０ａ’により、光学信号１６
５’’は、第２のアレイ１９０上の第３の典型的鏡面２
１５の方に送り出され、曲面反射要素１８０上の位置２
３０ａ’ ’により、光学信号１７５’’は、第２のア
レイ１９０上の第４の典型的鏡面２２０の方に送り出さ
れる。第３の典型的鏡面２１５は、制御信号に応答し
て、光学信号１６５’’を受信して反射するように位置
決めされる。第４の典型的鏡面２２０は、制御信号に応
答して、光学信号１７５’’を受信して反射するように
位置決めされる。光学信号１６５’’および１７５’’
を受信すると、第３および第４の典型的鏡面２１５およ
び２２０は、光学信号１６５’’’および１７５’’’
を反射する。したがって、アレイ１９０の第３および第
４の典型的鏡面２１５および２１０をともに位置決めす
ることによって、光学スイッチング素子１５０は、入射
した光学信号１６５および１７５を第１のポート１６０
から第２のポート２００にルーティングする。なお、ミ
ラーアレイ１７０および１９０の複数の鏡面ならびに曲
面反射要素１８０を使用することにより、複数の光学信
号をルーティングし得ることは、本明細書の開示に鑑み
て当業者には明らかとなるはずである。
【００４０】図７を参照すると、光学信号をルーティン
グするための光学素子３００の断面図が示される。光学
素子３００は、第１のポート３１０から第２のポート３
５０に複数の光学信号をルーティングする。本発明の一
実施形態において、光学信号は、第１のポート３１０か
ら第２のポート３５０に送り出される。代替の実施形態
において、多数の光学信号を第１のポート３１０の第１
部分から第２のポート３５０の第１部分に送り出すとと
もに、他の光学信号を第１のポート３１０の第２部分か
ら第２のポート３５０の第２部分に送出し、ポート３１
０がポート３５０からの光学信号を送出および受信する
とともにポート３５０がポート３１０からの光学信号を
送出および受信する構成としてもよい。
グするための光学素子３００の断面図が示される。光学
素子３００は、第１のポート３１０から第２のポート３
５０に複数の光学信号をルーティングする。本発明の一
実施形態において、光学信号は、第１のポート３１０か
ら第２のポート３５０に送り出される。代替の実施形態
において、多数の光学信号を第１のポート３１０の第１
部分から第２のポート３５０の第１部分に送り出すとと
もに、他の光学信号を第１のポート３１０の第２部分か
ら第２のポート３５０の第２部分に送出し、ポート３１
０がポート３５０からの光学信号を送出および受信する
とともにポート３５０がポート３１０からの光学信号を
送出および受信する構成としてもよい。
【００４１】光学スイッチ３００は、第１および第２の
ミラーアレイ３２０および３４０を光学要素３３０と組
み合わせたものである。各ミラーアレイ３２０および３
４０には、マトリクス状の反射体または鏡面が設けられ
ている。第１および／または第２のミラーアレイ３２０
および／または３４０は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイによ
り実現されてもよい。光学要素３３０は、両凸の光学レ
ンズにより実現される。しかしながら、本開示を検討す
れば、各種の代替例が、当業者にとって明らかとなろ
う。ミラーアレイ３２０および３４０は、それぞれ制御
信号に応答して傾くようにしてもよい。一旦ミラーアレ
イ３２０が位置決めされると、第１のポート３１０から
の少なくとも１つの入射光学信号が、反射の法則によ
り、両凸光学レンズ３３０を通ってアレイ３４０に、次
いで第２のポート３５０に送り出される。
ミラーアレイ３２０および３４０を光学要素３３０と組
み合わせたものである。各ミラーアレイ３２０および３
４０には、マトリクス状の反射体または鏡面が設けられ
ている。第１および／または第２のミラーアレイ３２０
および／または３４０は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイによ
り実現されてもよい。光学要素３３０は、両凸の光学レ
ンズにより実現される。しかしながら、本開示を検討す
れば、各種の代替例が、当業者にとって明らかとなろ
う。ミラーアレイ３２０および３４０は、それぞれ制御
信号に応答して傾くようにしてもよい。一旦ミラーアレ
イ３２０が位置決めされると、第１のポート３１０から
の少なくとも１つの入射光学信号が、反射の法則によ
り、両凸光学レンズ３３０を通ってアレイ３４０に、次
いで第２のポート３５０に送り出される。
【００４２】両凸光学レンズ３３０は、収束特性を有す
る。この収束特性により、アレイ３２０と光学レンズ３
３０との間隔ならびにアレイ３４０と光学レンズ３３０
との間隔が、レイリーレンジＺRおよび変位距離Ｚの計
に増大可能である。しかしながら、分離が増大すること
で、アレイ３２０の鏡面と光学レンズ３３０との間およ
びアレイ３４０の鏡面と光学レンズ３３０との間で反射
される光エネルギーを分散することはない。
る。この収束特性により、アレイ３２０と光学レンズ３
３０との間隔ならびにアレイ３４０と光学レンズ３３０
との間隔が、レイリーレンジＺRおよび変位距離Ｚの計
に増大可能である。しかしながら、分離が増大すること
で、アレイ３２０の鏡面と光学レンズ３３０との間およ
びアレイ３４０の鏡面と光学レンズ３３０との間で反射
される光エネルギーを分散することはない。
【００４３】以下は、第１のポート３１０から第２のポ
ート３５０に一対の入射光学素子３１５および３２５を
ルーティングする際の、第１のミラーアレイ３２０、両
凸光学レンズ３３０および第２のミラーアレイ３４０間
の相互作用を表している。制御信号を受信すると、第１
および第２の典型的鏡面３５５および３６０は、入射光
学信号３１５および３２５を受信して反射するようにそ
れぞれ位置決めされる。第１の典型的鏡面３５５は、第
１の典型的鏡面３５５の位置に応じて、両凸光学レンズ
３３０の方に３１５ａ’と３１５ｂ’の範囲内で光学信
号３１５を送り出す。同様に、第２の典型的鏡面３６０
は、第２の典型的鏡面３６０の位置に応じて、両凸光学
レンズ３３０の方に３２５ａ’と３２５ｂ’の範囲内で
光学信号３２５を送り出す。
ート３５０に一対の入射光学素子３１５および３２５を
ルーティングする際の、第１のミラーアレイ３２０、両
凸光学レンズ３３０および第２のミラーアレイ３４０間
の相互作用を表している。制御信号を受信すると、第１
および第２の典型的鏡面３５５および３６０は、入射光
学信号３１５および３２５を受信して反射するようにそ
れぞれ位置決めされる。第１の典型的鏡面３５５は、第
１の典型的鏡面３５５の位置に応じて、両凸光学レンズ
３３０の方に３１５ａ’と３１５ｂ’の範囲内で光学信
号３１５を送り出す。同様に、第２の典型的鏡面３６０
は、第２の典型的鏡面３６０の位置に応じて、両凸光学
レンズ３３０の方に３２５ａ’と３２５ｂ’の範囲内で
光学信号３２５を送り出す。
【００４４】両凸光学レンズ３３０は、第１および第２
の典型的鏡面３５５および３６０から反射された光学信
号を、第２のミラーアレイ３４０の方に送り出す。第１
の典型的鏡面３５５について、光学信号３１５が３１５
ａ’の経路を取る場合、レンズ３３０は、光学信号３１
５ａ’’を形成する。この結果、光学信号３１５ａ’’
は、レンズ３３０により、ミラーアレイ３４０上の第３
の典型的鏡面３６５の方に送り出される。典型的鏡面３
６５は、光学信号３１５ａ’’を受信し、ポート３５０
の第１部分の方に送り出される反射光学信号３４５を形
成する。代替例において、光学信号３１５が３１５ｂ’
の経路を取る場合、レンズ３３０は、ミラーアレイ３４
０上の第４の典型的鏡面３７０の方に送り出される光学
信号３１５ｂ’’を形成する。典型的鏡面３７０は、光
学信号３１５ｂ’’を受信し、ポート３５０の第２部分
の方に送り出される反射光学信号３３５を形成する。第
２の典型的鏡面３６０について、光学信号３２５が３２
５ａ’の経路を取る場合、レンズ３３０は、光学信号３
２５ａ’’を形成する。この結果、光学信号３２５
ａ’’は、レンズ３３０により、第４の典型的鏡面３７
０の方に送り出される。典型的鏡面３７０は、光学信号
３２５ａ’’を受信し、ポート３５０の第２部分の方に
送り出される反射光学信号３３５を形成する。代替で
は、光学信号３２５が３２５ｂ’の経路を取る場合、レ
ンズ３３０は、光学信号３２５ｂ’’を形成する。光学
信号３２５ｂ’’は、第３の典型的鏡面３６５の方に送
り出される。典型的鏡面３６５は、光学信号３２５
ｂ’’を受信し、ポート３５０の第１部分の方に送り出
される反射光学信号３４５を形成する。なお、ミラーア
レイ３２０および３４０上の複数の鏡面ならびに両凸レ
ンズ要素３３０を使用することにより、複数の光学信号
をルーティングし得ることは、本明細書の開示に鑑みて
当業者には明らかとなるはずである。
の典型的鏡面３５５および３６０から反射された光学信
号を、第２のミラーアレイ３４０の方に送り出す。第１
の典型的鏡面３５５について、光学信号３１５が３１５
ａ’の経路を取る場合、レンズ３３０は、光学信号３１
５ａ’’を形成する。この結果、光学信号３１５ａ’’
は、レンズ３３０により、ミラーアレイ３４０上の第３
の典型的鏡面３６５の方に送り出される。典型的鏡面３
６５は、光学信号３１５ａ’’を受信し、ポート３５０
の第１部分の方に送り出される反射光学信号３４５を形
成する。代替例において、光学信号３１５が３１５ｂ’
の経路を取る場合、レンズ３３０は、ミラーアレイ３４
０上の第４の典型的鏡面３７０の方に送り出される光学
信号３１５ｂ’’を形成する。典型的鏡面３７０は、光
学信号３１５ｂ’’を受信し、ポート３５０の第２部分
の方に送り出される反射光学信号３３５を形成する。第
２の典型的鏡面３６０について、光学信号３２５が３２
５ａ’の経路を取る場合、レンズ３３０は、光学信号３
２５ａ’’を形成する。この結果、光学信号３２５
ａ’’は、レンズ３３０により、第４の典型的鏡面３７
０の方に送り出される。典型的鏡面３７０は、光学信号
３２５ａ’’を受信し、ポート３５０の第２部分の方に
送り出される反射光学信号３３５を形成する。代替で
は、光学信号３２５が３２５ｂ’の経路を取る場合、レ
ンズ３３０は、光学信号３２５ｂ’’を形成する。光学
信号３２５ｂ’’は、第３の典型的鏡面３６５の方に送
り出される。典型的鏡面３６５は、光学信号３２５
ｂ’’を受信し、ポート３５０の第１部分の方に送り出
される反射光学信号３４５を形成する。なお、ミラーア
レイ３２０および３４０上の複数の鏡面ならびに両凸レ
ンズ要素３３０を使用することにより、複数の光学信号
をルーティングし得ることは、本明細書の開示に鑑みて
当業者には明らかとなるはずである。
【００４５】図８ＡおよびＢを参照すると、光学信号を
ルーティングするための光学スイッチング素子４００の
断面図が示される。光学素子４００は、第１および第２
のポート４１０および４５０の間に複数の光学信号をル
ーティングする。より詳細には、素子４００は、第１の
ポート４１０の第１部分から第２のポート４５０の第１
部分、そして第２のポート４５０の第２部分から第１の
ポート４１０の第２部分に光学信号をルーティングす
る。また、素子４００は、第１のポート４１０の第３部
分から第１のポート４１０の第４部分および第２のポー
ト４５０の第３部分から第１のポート４１０の第４部分
にも光学信号をルーティングする。
ルーティングするための光学スイッチング素子４００の
断面図が示される。光学素子４００は、第１および第２
のポート４１０および４５０の間に複数の光学信号をル
ーティングする。より詳細には、素子４００は、第１の
ポート４１０の第１部分から第２のポート４５０の第１
部分、そして第２のポート４５０の第２部分から第１の
ポート４１０の第２部分に光学信号をルーティングす
る。また、素子４００は、第１のポート４１０の第３部
分から第１のポート４１０の第４部分および第２のポー
ト４５０の第３部分から第１のポート４１０の第４部分
にも光学信号をルーティングする。
【００４６】光学スイッチ４００は、第１および第２の
ミラーアレイ４２０および４４０を光学要素４３０と組
み合わせたものである。各ミラーアレイ４２０および４
４０には、マトリクス状の反射体または鏡面が設けられ
ている。第１および／または第２のミラーアレイ４２０
および／または４４０は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイによ
り実現されてもよい。光学要素４３０は、両面パターン
形成の鏡面４３５を埋め込んだ両凸の光学レンズを有す
る。図８Ｂに示すように、パターン形成された鏡面４３
５は、非反射のレンズ部分４３６を反射の鏡面部分４３
８と交互に配置した市松状の構成である。反射の鏡面部
分４３８は、両面反射式であり、アレイ４２０から発信
した典型的な光学信号が反射してアレイ４２０に戻ると
ともに、アレイ４４０から発信した典型的な光学信号が
反射してアレイ４４０に戻る。レンズ部分４３６および
反射鏡面部分４３８の寸法は、少なくとも、パターン形
成された鏡面４３５の部分４３６または４３８に接近す
る際の光ビームの寸法に等しいことが好適である。一実
施形態において、非反射のレンズ部分４３６および反射
の鏡面部分４３８は、それぞれ０．５ｍｍ×０．５ｍｍ
の寸法である。
ミラーアレイ４２０および４４０を光学要素４３０と組
み合わせたものである。各ミラーアレイ４２０および４
４０には、マトリクス状の反射体または鏡面が設けられ
ている。第１および／または第２のミラーアレイ４２０
および／または４４０は、ＭＥＭＳ系ミラーアレイによ
り実現されてもよい。光学要素４３０は、両面パターン
形成の鏡面４３５を埋め込んだ両凸の光学レンズを有す
る。図８Ｂに示すように、パターン形成された鏡面４３
５は、非反射のレンズ部分４３６を反射の鏡面部分４３
８と交互に配置した市松状の構成である。反射の鏡面部
分４３８は、両面反射式であり、アレイ４２０から発信
した典型的な光学信号が反射してアレイ４２０に戻ると
ともに、アレイ４４０から発信した典型的な光学信号が
反射してアレイ４４０に戻る。レンズ部分４３６および
反射鏡面部分４３８の寸法は、少なくとも、パターン形
成された鏡面４３５の部分４３６または４３８に接近す
る際の光ビームの寸法に等しいことが好適である。一実
施形態において、非反射のレンズ部分４３６および反射
の鏡面部分４３８は、それぞれ０．５ｍｍ×０．５ｍｍ
の寸法である。
【００４７】両凸光学レンズ４３０は、収束特性を有す
る。この収束特性により、アレイ４２０と光学レンズ４
３０との間隔ならびにアレイ４４０と光学レンズ４３０
との間隔が、レイリーレンジＺRおよび変位距離Ｚの計
に増大可能である。しかしながら、分離が増大すること
で、アレイ４２０の鏡面と光学レンズ４３０との間およ
びアレイ４４０の鏡面と光学レンズ４３０との間で反射
される光エネルギーを分散することはない。
る。この収束特性により、アレイ４２０と光学レンズ４
３０との間隔ならびにアレイ４４０と光学レンズ４３０
との間隔が、レイリーレンジＺRおよび変位距離Ｚの計
に増大可能である。しかしながら、分離が増大すること
で、アレイ４２０の鏡面と光学レンズ４３０との間およ
びアレイ４４０の鏡面と光学レンズ４３０との間で反射
される光エネルギーを分散することはない。
【００４８】以下は、光学信号４１５および４５５をル
ーティングする際の、第１のミラーアレイ４２０、両凸
光学レンズ４３０および第２のミラーアレイ４４０間の
相互作用を表している。しかしながら、ミラーアレイ４
２０および４４０上の複数の鏡面ならびにレンズ４３０
を使用することにより、複数の光学信号をルーティング
し得ることは、本明細書の開示に鑑みて当業者には明ら
かとなるはずである。制御信号を受信すると、ミラーア
レイ４２０の第１の典型的鏡面４７５は、光学信号４１
５を受信して反射するように位置決めされる。第１の典
型的鏡面４７５は、第１の典型的鏡面４７５の位置に応
じて、両凸光学レンズ４３０の方に４１５ａ’と４１５
ｂ’の範囲内で光学信号４１５を送り出す。光学信号４
１５が４１５ａ’の経路を取る場合、光学信号４１５
ａ’は、両凸光学レンズ４３０の非反射のレンズ部分４
３６を通過し、光学信号４１５ａ’’を形成する。この
結果、光学信号４１５ａ’’は、レンズ４３０により、
ミラーアレイ４４０の第２の典型的鏡面４９５の方に送
り出される。典型的鏡面４９５は、光学信号４１５
ａ’’を受信し、制御信号に応答して、ポート４５０の
第１部分の方に送り出される反射光学信号４４５を形成
するように位置決めされている。代替では、光学信号４
１５が４１５ｂ’の経路を取る場合、光学信号４１５
ｂ’は、レンズ４３０の鏡面部分４３８で反射され、光
学信号４１５ｂ’’を形成する。この結果、光学信号４
１５ｂ’’は、レンズ４３０の鏡面部分４３８により、
アレイ４２０の第３の典型的鏡面４８０の方に送り出さ
れる。典型的鏡面４８０は、光学信号４１５ｂ’’を受
信し、制御信号に応答して、ポート４１０の第２部分の
方に送り出される反射光学信号４２５を形成するように
位置決めされる。
ーティングする際の、第１のミラーアレイ４２０、両凸
光学レンズ４３０および第２のミラーアレイ４４０間の
相互作用を表している。しかしながら、ミラーアレイ４
２０および４４０上の複数の鏡面ならびにレンズ４３０
を使用することにより、複数の光学信号をルーティング
し得ることは、本明細書の開示に鑑みて当業者には明ら
かとなるはずである。制御信号を受信すると、ミラーア
レイ４２０の第１の典型的鏡面４７５は、光学信号４１
５を受信して反射するように位置決めされる。第１の典
型的鏡面４７５は、第１の典型的鏡面４７５の位置に応
じて、両凸光学レンズ４３０の方に４１５ａ’と４１５
ｂ’の範囲内で光学信号４１５を送り出す。光学信号４
１５が４１５ａ’の経路を取る場合、光学信号４１５
ａ’は、両凸光学レンズ４３０の非反射のレンズ部分４
３６を通過し、光学信号４１５ａ’’を形成する。この
結果、光学信号４１５ａ’’は、レンズ４３０により、
ミラーアレイ４４０の第２の典型的鏡面４９５の方に送
り出される。典型的鏡面４９５は、光学信号４１５
ａ’’を受信し、制御信号に応答して、ポート４５０の
第１部分の方に送り出される反射光学信号４４５を形成
するように位置決めされている。代替では、光学信号４
１５が４１５ｂ’の経路を取る場合、光学信号４１５
ｂ’は、レンズ４３０の鏡面部分４３８で反射され、光
学信号４１５ｂ’’を形成する。この結果、光学信号４
１５ｂ’’は、レンズ４３０の鏡面部分４３８により、
アレイ４２０の第３の典型的鏡面４８０の方に送り出さ
れる。典型的鏡面４８０は、光学信号４１５ｂ’’を受
信し、制御信号に応答して、ポート４１０の第２部分の
方に送り出される反射光学信号４２５を形成するように
位置決めされる。
【００４９】同様に、制御信号を受信すると、ミラーア
レイ４４０の第４の典型的鏡面５００は、光学信号４５
５を受信して反射するように位置決めされる。典型的鏡
面５００は、第４の典型的鏡面５００の位置に応じて、
両凸光学レンズ４３０の方に４５５ａ’と４５５ｂ’の
範囲内で光学信号４５５を送り出す。光学信号４５５が
４５５ａ’の経路を取る場合、光学信号４５５ａ’は、
両凸光学レンズ４３０の非反射レンズ部分４３６を通過
し、光学信号４５５ａ’’を形成する。この結果、光学
信号４５５ａ’’は、レンズ４３０により、アレイ４２
０の第３の典型的鏡面４８０の方に送り出される。典型
的鏡面４８０は、光学信号４５５ａ’’を受信し、制御
信号に応答して、ポート４１０の第２部分の方に送り出
される反射光学信号４２５を形成するように位置決めさ
れる。代替では、光学信号４５５が４５５ｂ’の経路を
取る場合、光学信号４５５ｂ’は、レンズ４３０の鏡面
部分４３８で反射され、光学信号４５５ｂ’’を形成す
る。この結果、光学信号４５５ｂ’’は、レンズ４３０
の鏡面部分４３８により、アレイ４４０の第２の典型的
鏡面４９５の方に送り出される。典型的鏡面４９５は、
光学信号４５５ｂ’’を受信し、制御信号に応答して、
ポート４５０の第２部分の方に送り出される反射光学信
号４４５を形成するように位置決めされる。
レイ４４０の第４の典型的鏡面５００は、光学信号４５
５を受信して反射するように位置決めされる。典型的鏡
面５００は、第４の典型的鏡面５００の位置に応じて、
両凸光学レンズ４３０の方に４５５ａ’と４５５ｂ’の
範囲内で光学信号４５５を送り出す。光学信号４５５が
４５５ａ’の経路を取る場合、光学信号４５５ａ’は、
両凸光学レンズ４３０の非反射レンズ部分４３６を通過
し、光学信号４５５ａ’’を形成する。この結果、光学
信号４５５ａ’’は、レンズ４３０により、アレイ４２
０の第３の典型的鏡面４８０の方に送り出される。典型
的鏡面４８０は、光学信号４５５ａ’’を受信し、制御
信号に応答して、ポート４１０の第２部分の方に送り出
される反射光学信号４２５を形成するように位置決めさ
れる。代替では、光学信号４５５が４５５ｂ’の経路を
取る場合、光学信号４５５ｂ’は、レンズ４３０の鏡面
部分４３８で反射され、光学信号４５５ｂ’’を形成す
る。この結果、光学信号４５５ｂ’’は、レンズ４３０
の鏡面部分４３８により、アレイ４４０の第２の典型的
鏡面４９５の方に送り出される。典型的鏡面４９５は、
光学信号４５５ｂ’’を受信し、制御信号に応答して、
ポート４５０の第２部分の方に送り出される反射光学信
号４４５を形成するように位置決めされる。
【００５０】図示の実施形態を参照して特定の発明を説
明してきたが、本記載は、これを限定の意味で解釈され
ることを意図していない。本発明を説明してきたが、特
許請求の範囲に記載される本発明の精神から逸脱しない
限り、図示の実施形態の各種変形例ならびに本発明の追
加実施形態が、当業者にとって明らかとなることが理解
されるであろう。したがって、記載された本発明は、入
出力ポート間で光学信号をルーティングする光学スイッ
チに適用されたが、たとえば液晶素子を含む、電磁界エ
ネルギーを舵取りするビームの関するいずれの装置にも
適用可能であることが当業者には明らかとなるはずであ
る。したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の範囲
に包含されるような変形例または実施形態をいずれか網
羅することが想到される。
明してきたが、本記載は、これを限定の意味で解釈され
ることを意図していない。本発明を説明してきたが、特
許請求の範囲に記載される本発明の精神から逸脱しない
限り、図示の実施形態の各種変形例ならびに本発明の追
加実施形態が、当業者にとって明らかとなることが理解
されるであろう。したがって、記載された本発明は、入
出力ポート間で光学信号をルーティングする光学スイッ
チに適用されたが、たとえば液晶素子を含む、電磁界エ
ネルギーを舵取りするビームの関するいずれの装置にも
適用可能であることが当業者には明らかとなるはずであ
る。したがって、特許請求の範囲は、本発明の真の範囲
に包含されるような変形例または実施形態をいずれか網
羅することが想到される。
【図１】マイクロ電気機械システム（「ＭＥＭＳ」）系
ミラーアレイの上面図である。
ミラーアレイの上面図である。
【図２Ａ】ＭＥＭＳ系ミラーアレイを使用した光学スイ
ッチング素子の断面図である。
ッチング素子の断面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＭＥＭＳ系ミラーアレイの典型的鏡
面の断面図である。
面の断面図である。
【図３Ａ】本発明の原理を利用した光学スイッチング素
子の断面図である。
子の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの光学スイッチング素子の典型要素の
断面図である。
断面図である。
【図４】本発明の一実施形態の断面図である。
【図５Ａ】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図５Ｂ】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図５Ｃ】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図５Ｄ】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図６】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図７】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図８Ａ】本発明の別の一実施形態の断面図である。
【図８Ｂ】図８Ａの実施形態において使用される要素の
断面図である。
断面図である。
７０ 光学素子 ７２ 入射光学信号 ７２”’ 出射信号 ７５ ミラーアレイ ８０ 曲面反射要素 ８２、８４ 鏡面
フロントページの続き (72)発明者 ディビッド トーマス ニールソン アメリカ合衆国 08857 ニュージャーシ ィ，オールド ブリッジ，アイゼンハウア ー ドライヴ 11
Claims (15)
- 【請求項１】 制御信号に応答して、第１のポートと第
２のポートの間に複数の光学信号をルーティングする光
学素子であって、 複数の反射体を有する少なくとも１つのミラーアレイで
あって、前記複数のうち少なくとも１つの光学信号が、
前記複数のうち第１の反射体により前記第１のポートか
ら、前記制御信号により指定される方向に反射されるよ
うな少なくとも１つのミラーアレイと、 前記それぞれの反射体から前記少なくとも１つの反射さ
れた光学信号を受信し、かつ前記少なくとも１つの反射
された光学信号を、補助反射体により、前記第１および
第２のポートの少なくとも一方に送り出す少なくとも１
つの光学要素であって、前記少なくとも１つの光学信号
を分散することなく、レイリーレンジより長い距離だ
け、前記少なくとも１つのミラーアレイから間隔を置い
て配置されるような少なくとも１つの光学要素と、を備
える光学素子。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの光学要素は曲面鏡
面を有する、請求項１記載の光学素子。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つのミラーアレイが、 第１のミラーアレイと、 前記第１のミラーアレイと結合される第２のミラーアレ
イであって、前記第１のミラーアレイの前記第１の反射
体が、前記制御信号に応答して、前記少なくとも１つの
光学信号を前記第２のミラーアレイの前記補助反射体に
再び送り出すようになっている第２のミラーアレイと、
を備える、請求項２記載の光学素子。 - 【請求項４】 前記補助反射体が、前記第２のミラーア
レイ上に形成され、前記制御信号に応答して、前記再び
送り出された少なくとも１つの光学信号を、前記第１お
よび第２のポートの少なくとも一方に反射する、請求項
３記載の光学素子。 - 【請求項５】 前記第１のミラーアレイおよび前記第２
のミラーアレイが、共通基材上に形成される、請求項３
記載の光学素子。 - 【請求項６】 前記少なくとも１つのミラーアレイが、
ＭＥＭＳミラーアレイを有する、請求項３記載の光学素
子。 - 【請求項７】 前記少なくとも１つの光学要素が、 両凸レンズと、 前記両凸レンズに埋め込まれた、反射および非反射部分
を有するパターン形成された鏡面であって、 前記複数のうち第２の光学信号は、前記制御信号に応答
して、前記第１のミラーアレイの第２の反射体により、
前記パターン形成された鏡面の１つの反射部分に送り出
され、該１つの反射部分が前記第２の光学信号を、前記
第１および第２部分の少なくとも一方に反射し、 前記複数のうち第３の光学信号は、前記制御信号に応答
して、前記第１のミラーアレイの第３の反射体により、
前記パターン形成された鏡面の１つの非反射部分を通っ
て、前記第２のミラーアレイの第４の反射体へ送り出さ
れ、該第４の反射体は、第３の光学入力信号を前記第１
および第２のポートの少なくとも一方に送り出すような
パターン形成された鏡面と、を備える、請求項３記載の
光学素子。 - 【請求項８】 前記複数のうち第４の光学信号が、前記
制御信号に応答して、前記第２のミラーアレイの第５の
反射体により、前記パターン形成された鏡面の別の反射
部分に送り出され、該パターン形成された鏡面の別の反
射部分が前記第４の光学信号を、前記第１および第２の
ポートの少なくとも一方に反射し、 前記複数のうち第５の光学信号は、前記制御信号に応答
して、前記第２のミラーアレイの第６の反射体により、
前記パターン形成された鏡面の別の非反射部分を通って
前記第１のミラーアレイの第７の反射体に送り出され、
該第７の反射体が前記反射された第５の光学信号を、前
記第１および第２のポートの少なくとも一方に送り出
す、請求項７記載の光学素子。 - 【請求項９】 前記複数のうち少なくとも１つの反射体
が、入射角と出射角の計に等しい有効範囲を有し、 前記入射角は、前記曲面鏡面により形成された変位距離
とレイリーレンジとの計の２倍で割った前記少なくとも
１つのＭＥＭＳミラーアレイの長さの逆正接に等しく、 前記出射角は、半径、レイリーレンジおよび変位距離の
差の２倍で割った前記少なくとも１つのミラーアレイの
長さの逆正接に等しい、請求項９記載のスイッチ。 - 【請求項１０】 制御信号に応答して、第１のポートと
第２のポートの間に複数の光学信号をルーティングする
光学素子であって、 少なくとも１つの曲面鏡面と、 複数の鏡面要素を有する少なくとも１つのＭＥＭＳミラ
ーアレイであって、 前記複数のうち第１の鏡面要素は、前記制御信号に応答
して、前記複数のうち第１の光学信号を、前記第１およ
び第２のポートの少なくとも一方から前記少なくとも１
つの曲面鏡面に反射し、前記少なくとも１つの曲面鏡面
は、前記第１の光学信号を前記第１の鏡面要素から、前
記複数のうち第２の鏡面要素に反射し、 前記複数の前記第２の鏡面要素は、前記制御信号に応答
して、前記反射された第１の光学信号を、前記第２の鏡
面要素から前記第１および第２のポートの少なくとも一
方に反射し、前記第２の鏡面要素が、前記反射された第
１の光学信号を分散せずに、レイリーレンジより長い距
離だけ前記少なくとも１つの曲面鏡面から間隔を置いて
配置されるようなＭＥＭＳミラーアレイと、を備える光
学素子。 - 【請求項１１】 前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラー
アレイが、 第１のＭＥＭＳミラーアレイと、 前記第１のＭＥＭＳミラーアレイと光学的に結合される
第２のＭＥＭＳミラーアレイと、を備え、 前記第１のＭＥＭＳミラーアレイの第３の鏡面要素が、
前記制御信号に応答して、前記複数のうち第２の光学信
号を、前記第１および第２のポートの少なくとも一方か
ら反射し、 前記第２のＭＥＭＳミラーアレイの第４の鏡面要素は、
前記制御信号に応答して、前記第３の鏡面要素により反
射された前記第２の光学信号を前記第１および第２のポ
ートの少なくとも一方に反射する、請求項１０記載のス
イッチ。 - 【請求項１２】 前記第１のＭＥＭＳミラーアレイおよ
び前記第２のＭＥＭＳミラーアレイが、共通基材上に形
成される、請求項１１記載のスイッチ。 - 【請求項１３】 前記少なくとも１つの曲面鏡面が、 両凸レンズと、 前記両凸レンズに埋め込まれたパターン形成された鏡面
と、 を備え、 前記複数のうち第３の光学信号が、前記第１のＭＥＭＳ
ミラーアレイの第５の鏡面要素から前記パターン形成さ
れた鏡面に反射されるとともに、前記第３の光学信号
は、前記パターン形成された鏡面から前記第１および第
２のポートの少なくとも一方に反射され、 前記複数のうち第４の光学信号が、前記第２のＭＥＭＳ
ミラーアレイの第６の鏡面要素から前記パターン形成さ
れた鏡面に反射されるとともに、前記第４の光学信号
は、前記パターン形成された鏡面から前記第１および第
２のポートの少なくとも一方から反射され、 前記複数のうち第５の光学信号が、前記第１のＭＥＭＳ
ミラーアレイの第７の鏡面要素から前記パターン形成さ
れた鏡面を通って前記第２のＭＥＭＳミラーアレイの第
８の鏡面要素に反射され、前記第８の鏡面要素は、前記
反射された第５の光学信号を、前記第１および第２のポ
ートの少なくとも一方に反射する、請求項１１記載のス
イッチ。 - 【請求項１４】 前記複数のうち第６の光学信号が、前
記第２のＭＥＭＳミラーアレイの第９の鏡面要素から前
記パターン形成された鏡面を通って前記第１のＭＥＭＳ
ミラーアレイの第１０の鏡面要素に反射され、前記第１
０の鏡面要素は、前記反射された第６の光学信号を、前
記第１および第２のポートの少なくとも一方に反射す
る、請求項１３記載のスイッチ。 - 【請求項１５】 前記複数のうち少なくとも１つの鏡面
要素が、入射角と出射角の計に等しい有効範囲を有し、 前記入射角が、前記曲面鏡面により形成された変位距離
とレイリーレンジとの計の２倍で割った前記少なくとも
１つのＭＥＭＳミラーアレイの長さの逆正接に等しく、 前記出射角が、半径、レイリーレンジおよび変位距離間
の差の２倍で割った前記少なくとも１つのＭＥＭＳミラ
ーアレイの長さの逆正接に等しい、請求項１０記載のス
イッチ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16828299P | 1999-12-01 | 1999-12-01 | |
| US64112200A | 2000-08-16 | 2000-08-16 | |
| US09/641122 | 2000-08-16 | ||
| US60/168282 | 2000-08-16 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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| EP (1) | EP1113302B1 (ja) |
| JP (1) | JP3762215B2 (ja) |
| CA (1) | CA2325611C (ja) |
| DE (1) | DE60036683T2 (ja) |
| TW (1) | TW479158B (ja) |
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