JP2002214546A

JP2002214546A - 光スイッチ

Info

Publication number: JP2002214546A
Application number: JP2001142370A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Okayama; 秀彰岡山
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-07-31
Also published as: US6657771B2; US20020093723A1; US6879745B2; US20020057862A1

Abstract

(57)【要約】【課題】空間を伝搬する光ビームの偏向角度の設定
を、良好な精度で行う。【解決手段】光スイッチ２６は、複数個の光入力ポー
ト１０を有する入力側スイッチ要素１２と、複数個の光
出力ポート１４を有する出力側スイッチ要素１６とを備
える。入力側スイッチ要素は、光入力ポートの各々に、
２個の光偏向素子１８ａおよび１８ｂからなる入力側光
偏向素子群２０を備える。これら光偏向素子は、光入力
ポートに入射される光信号の入射方向に沿って配置され
る。出力側スイッチ要素は、光出力ポートの各々に、２
個の光偏向素子２２ａおよび２２ｂからなる出力側光偏
向素子群２４を備える。これら光偏向素子は、光出力ポ
ートから出射される光信号の出射方向に沿って配置され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数個の入力ポ
ートのうちのいずれかに入力された光信号を、複数個の
出力ポートのうちのいずれかに出力させる光スイッチに
関する。

【０００２】

【従来の技術】文献１「Proceedins of 3rd Internatio
nal Conference on Micro Opt Electro Mechanical Sys
tems(MOEMS 99),Paper 26,29th/8/'99」、文献２「米国
特許第５９２３４８０号,13th/7/1999」、文献３「特開
２０００−１００２９」および文献４「Optical Fiber
Communication (OFC) 2000 論文集講演ＰＤ２０，２
０００年３月」に、従来の光スイッチが開示されてい
る。

【０００３】ここでは、従来の光スイッチの一例とし
て、文献３特開２０００−１００２９号公報に記載され
ているものを、図４４に示す。

【０００４】図４４（Ａ）は、この従来の光スイッチ４
４００の構成の説明図である。この光スイッチ４４００
は、幾つかの光偏向素子４４０２（４４０２ａ、４４０
２ｂ）とミラー４４０４とを具える。

【０００５】ミラー４４０４は光スイッチ４４００内の
所定位置に固定されている。また、光偏向素子４４０２
は、このミラー４４０４と空間を隔てて向き合う基板４
４０６上に、整列されて、配置されている。

【０００６】上述の光偏向素子４４０２（４４０２ａ、
４４０２ｂ）のそれぞれに対して、光入出力ポートが設
けられる。これらの光入出力ポートには、光ファイバ４
４０８（４４０８ａ、４４０８ｂ）の端部が挿入され、
さらにこの端部は光偏向素子４４０２内に挿入され、そ
の内部に固定されている。

【０００７】次に、上記の構成の光スイッチ４４００に
おける動作を説明する。この光スイッチ４４００におい
ては、それぞれの光入出力ポートで、光の入力と出力が
同時に行われている。

【０００８】光ファイバ４４０８ｂの端部より出射した
光は、光偏向素子４４０２ｂに入力され、ここで偏向さ
れる。その後、光偏向素子４４０２ｂより出射された光
は、ミラー４４０４にて反射され、再び光偏向素子４４
０２ａに入射する。この光偏向素子４４０２ａにて、光
ファイバ４４０８ａ内に導かれ、光入出力ポートより出
力される。

【０００９】次に、光偏向素子４４０２の構成を図４４
（Ｂ）に示す。この光偏向素子４４０２中には、光入出
力ポートより挿入された光ファイバ４４０８と、コリメ
ートレンズ４４１０、固定ミラー４４１２、可動ミラー
４４１４が設置されている。

【００１０】光入出力ポートより入力された光は、光偏
向素子４４０２内の光ファイバ４４０８の端部より出射
される。この光は、コリメートレンズ４４１０によって
集光され、固定ミラー４４１２に反射されて可動ミラー
４４１４方向に偏向される。そして、この可動ミラー４
４１４において、任意の偏向角で反射される。

【００１１】この可動ミラー４４１４は光の入射方向
に、垂直な回転軸を有しており、２軸に可動する。可動
ミラー４４１４の回転の調整は、任意の手段を用いて行
われている。

【００１２】よって、この可動ミラー４４１４において
は、任意の偏向角でミラー４４０４（図４４（Ａ））に
向けて光を反射することができる。そして、光はミラー
４４０４を経て、所定の光偏向素子４４０２ａの方向
へ、出射される。

【００１３】一方、再び光偏向素子４４０２ａに入射し
た光は、図４４（Ｂ）に示した矢印の方向とは逆方向に
進み、可動ミラー４４１４によって偏向される。その
後、光は固定ミラー４４１２によって反射されて、コリ
メートレンズ４４１０にて集光され、光ファイバ４４０
８ａ内に入力され、入出力ポートより出力される。この
場合、可動ミラー４４１４では、光ファイバ４４０８ａ
へ光を入射させるために、偏向角の調整が行われる。

【００１４】以上のように、この種の光スイッチは、一
段の光偏向素子群で構成され、これらは、それぞれ可動
ミラー若しくは可動レンズが用いられる。そして、可動
ミラー（あるいは可動レンズ）を用いて空間を伝搬する
光ビームの方向を制御することで、所定の出力ポートへ
光信号を導く。この光スイッチによれば、３次元空間配
線を用いているため、ポート数の拡大が容易である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ような光スイッチでは、一つの偏向素子で、空間を伝搬
する光ビームの偏向角度の設定を、かなり高い精度で行
う必要がある。また、以下に説明するように、その精度
の実現は非常に困難である。

【００１６】通常の光通信システムで用いられる光ファ
イバの直径は８ミクロン程度である。光ファイバに対し
て、１ミクロン程度の位置ずれ精度で光を入力しなけれ
ば、ロスが１ｄＢ以上生じて、実用上問題となる。出力
ポートの間隔は実装上数百ミクロン以上必要とされるの
で、２チャンネルの装置であっても、偏向角には０．１
％程度の精度が必要である。さらにこれが、数十チャネ
ル以上の装置となると１０^-4台の精度が要求される。

【００１７】また、可動ミラーを用いた１００チャネル
の装置では、偏向角に１％程度の精度が必要とされる。
さらにこれが、千チャネル以上の装置となると０．３％
の精度が要求される。

【００１８】従来、この問題を解決する方法として、光
ビームに位置検出用の信号をのせて偏向角を検出し、検
出された角度を偏向角コントロール系にフィードバック
する方法が知られている。しかし、この方法には、電気
的処理速度の関係で高速なスイッチングが行えないとい
う欠点がある。偏向用ミラーに角度検出機構を組み込
み、フィードバックにより制御する方法も知られている
が、高い精度が得られないという欠点がある。

【００１９】この発明の目的は、以上のような従来技術
の問題点に着目して、光スイッチに設けられた各光偏向
素子が必要とする精度を緩和することにある。

【００２０】また、この発明の他の目的は、チャネル数
の増大をはかり、光スイッチング速度を高速で行うこと
にある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の光スイ
ッチによれば、複数個の光入力ポートを有する入力側ス
イッチ要素と、複数個の光出力ポートを有する出力側ス
イッチ要素とを備える。この光スイッチは、光入力ポー
トのいずれかに入力された光信号を、光出力ポートのい
ずれかから出力させるものである。

【００２２】上述の入力側スイッチ要素は、光入力ポー
トの各々に、光信号の入射方向に沿って配置された複数
個の光偏向素子からなる入力側光偏向素子群を備える。
また、上述の出力側スイッチ要素は、光出力ポートの各
々に、光信号の出射方向に沿って配置された複数個の光
偏向素子からなる出力側光偏向素子群を備える。

【００２３】この第１の光スイッチの構成によれば、光
ファイバより出力した光信号が、入射光として各光偏向
素子に入射され、複数個の光偏向素子によって偏向さ
れ、所望の光出力ポートへ向けて出射される。このた
め、入力側光偏向素子群に含まれる各光偏向素子に、偏
向角度の精度は振り分けられる。したがって、各光偏向
素子の必要精度が緩和される。

【００２４】また、この発明の第２の光スイッチによれ
ば、複数個の光入力ポートと複数個の光出力ポートとを
有しており、光入力ポートのいずれかに入力された光信
号を、光出力ポートのいずれかから出力させる光スイッ
チにおいて、光入力ポートの各々に入力側光偏向素子を
備え、光出力ポートの各々に出力側光偏向素子を備え、
光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、光出力
ポートに接続された出力側光ファイバとを備えていて、
光入力ポートおよび光出力ポートに、それぞれ入力側光
ファイバおよび出力側光ファイバの光入出力角を拡大す
るための光学系を備える。

【００２５】この第２の光スイッチの構成によれば、回
折角度を大きくとることにより、必要な光束幅を確保し
つつ、レンズとレンズ焦点面との距離を縮めることが可
能である。この結果、必要な精度を確保しつつもチャネ
ル数の増大が図れる。

【００２６】また、この発明の第３の光スイッチによれ
ば、複数個の光入力ポートと複数個の光出力ポートとを
有しており、光入力ポートのいずれかに入力された光信
号を、光出力ポートのいずれかから出力させる光スイッ
チにおいて、光入力ポートの各々に入力側光偏向素子を
備え、光出力ポートの各々に出力側光偏向素子を備え、
光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、光出力
ポートに接続された出力側光ファイバとを備えていて、
光入力ポートおよび光出力ポートに、光のビーム径を拡
大するための光学系を備える。

【００２７】この光学系は、幅広の導波部であるカプラ
と、このカプラの端面に平行な面内に配置された複数個
の小レンズから構成されるコリメータレンズを備えてい
る。

【００２８】よって、この第３の光スイッチの構成によ
れば、このコリメータレンズにおいて、回折角を大きく
しなくても、同一の光束径、焦点距離で、必要な精度を
確保しつつもチャネル数の増大が図れる。

【００２９】また、この発明の第４の光スイッチによれ
ば、複数個の光入力ポートと複数個の光出力ポートとを
有しており、光入力ポートのいずれかに入力された光信
号を、光出力ポートのいずれかから出力させる光スイッ
チにおいて、光入力ポートの各々に、光信号の入射方向
に垂直な回転軸を有する可動ミラーを入力側光偏向素子
として備え、光出力ポートの各々に、光信号の出射方向
に垂直な回転軸を有する可動ミラーを出力側光偏向素子
として備え、入力側光偏向素子および出力側光偏向素子
間に、入力側の可動ミラーで反射された光を出力側の可
動ミラーに集光するための光学素子が設けられている。

【００３０】このとき、光入力ポートに備えられた光フ
ァイバおよび可動ミラー間には、光入力ポートごとにコ
リメータレンズが設けられている。同様に、光出力ポー
トに備えられた光ファイバおよび可動ミラー間には、光
出力ポートごとにコリメータレンズが設けられている。

【００３１】この構成によれば、全ての光入力ポートに
備えられた光ファイバからの光は、これらコリメータレ
ンズによって可動ミラー上に集光することが可能とな
る。よって、可動ミラーの角度制御精度が緩和されるの
で、ミラー角の切り替えを高速で行うことが可能にな
る。

【００３２】また、この発明の第５，第６の光スイッチ
は、複数個の光入力ポートを有する入力側スイッチ要素
と、複数個の光出力ポートを有する出力側スイッチ要素
を備え、これらの間に、光学素子が配設されている。こ
の光学素子は、光入力ポートからの各光信号が、入射光
として入射され、かつ、この入射光に対応する出射光
を、各光線束の中心光路が互いに平行となるように、出
射させる。そして、この出射光を再び各光信号として、
光出力ポートの各々に対応付けられて設けられた光ファ
イバへ出力する。

【００３３】この構成の光スイッチにおいては、光学素
子として、一枚で構成される凸レンズ、ホログラムが用
いられる。

【００３４】また、この光学素子を挟んで前後に対称的
に、出力側スイッチ要素と入力側スイッチ要素は配置さ
れる。

【００３５】ところで、第５の光スイッチにおいて、複
数個の入力ポートの各々は、これら入力ポートに対応付
けられた入力側レンズ系を有し、複数個の出力ポートの
各々は、これら出力ポートに対応付けられた出力側レン
ズ系を有していて、入力側レンズ系から出力側スイッチ
要素へ光が出射する面、及び入力側スイッチ要素から出
力側レンズ系へ光が入射する面には、凹レンズが設置さ
れている。

【００３６】よってこの第５の光スイッチにおいて、各
入力ポートから出射した光は、この凹レンズを通過し
て、発散する光に変換される。そして、出力ポートと入
力ポートの間に設置された光学素子によって、光線束の
中心光路は互いに平行に出力ポートに入射される。どの
出力ポートに入射するかは、この凹レンズからの出射角
による。しかし、この出射角は、凹レンズへの光束の入
射角に依存しない。

【００３７】ここで、この第５の光スイッチにおいて、
光学素子として凹面鏡を用いたときは、入力側スイッチ
要素と出力側スイッチ要素を共用することができる。

【００３８】ところで、第６の光スイッチにおいて、光
学素子として凸レンズを用いたとき、この凸レンズは、
第１凸レンズと、第１凸レンズを挟んで形成される第２
凸レンズとから形成される。第２凸レンズは一枚で構成
されるが、第１凸レンズは、複数個のレンズが一平面内
に配列された構造のコリメート用素子である。

【００３９】そして、この第６の光スイッチにおいて
は、複数個の入力ポートの各々は、これら入力ポートに
対応付けられた入力側レンズ系を有し、複数個の出力ポ
ートの各々は、これら出力ポートに対応付けられた出力
側レンズ系を有していて、入力側レンズ系及び出力側レ
ンズ系は、固定レンズ（もしくは光信号の入射方向また
は出射方向に垂直な面内で移動可能な可動レンズ）と、
光信号の入射方向または出射方向に垂直な回転軸を有す
る可動ミラーとから構成されている。この可動ミラー
は、第１凸レンズに対して、ひとつ置きにではなく、連
続して基板上に配列される。

【００４０】このとき、入力側レンズ系に設けられた可
動ミラーは、第２凸レンズの焦点位置に配置される。ま
た、入力側レンズ系に設けられた可動ミラーのすべての
光束が、出力側スイッチ要素に到達するように、光学素
子を対称軸として前後で対象の位置に、入力側スイッチ
要素と、出力側スイッチ要素は配置される。

【００４１】このような構成の第６の光スイッチにおい
ては、入力側レンズ系に設けられた可動ミラーの位置と
第１凸レンズの相対位置によって、出力側レンズ系に設
けられた可動ミラーのどれに行くかは決まるため、第１
凸レンズのどれを選ぶかによって、どの出力ポートより
光信号が出力するか決定される。

【００４２】つぎに、この発明の第７の光スイッチは、
マトリックス配列された複数の入力ポートを有する入力
側スイッチ要素と、マトリックス配列された複数の出力
ポートを有する出力側スイッチ要素とを備えている。そ
して、この入力ポートの各々は、これら入力ポートに対
応付けられた入力側レンズ系を有し、同様に出力ポート
の各々は、これら出力ポートに対応付けられた出力側レ
ンズ系を有している。入力ポート側より出力した光信号
は、出力ポート側に出力される。

【００４３】さらに、この入力側及び出力側レンズ系の
うち、マトリックス配列の少なくとも周縁側の入力側及
び出力側レンズ系を、この周縁側の入力側レンズ系を通
る光信号を、マトリックス配列の中心側の出力側レンズ
系に導くことが出来るように動作する固定もしくは可動
レンズ系とする。

【００４４】以上のような、第５〜７の光スイッチの構
成によれば、出力ポートへ光を出射させるとき、入力側
スイッチ要素のどの入力ポートにある光偏向素子におい
ても、とりうる偏向角の値の範囲は同じであるため、チ
ャネル数の増大をはかることができる。

【００４５】また、第６、７の光スイッチは、入力側レ
ンズ系に設けられた可動ミラーの傾き角と出力ポートの
関係が一対一に対応できるため、駆動が簡単となる。

【００４６】次に第８の光スイッチは、複数個の光入力
ポートを有する入力側スイッチ要素と、複数個の光出力
ポートを有する出力側スイッチ要素とを備え、光入力ポ
ートのいずれかに入力された光信号を、光出力ポートの
いずれかから出力させる。

【００４７】この第８の光スイッチにおいて、入力側ス
イッチ要素は、第１及び第２光ユニットを備え、及び出
力側スイッチ要素は、第３及び第４光ユニットを備えて
いる。

【００４８】ここで、第１光ユニットは、入力側導光路
と、入力側導光路からの光信号を集光する入射側レンズ
系との組合せを、光入力ポートの各々に対応付けて複数
対備え、第２光ユニットは、入射側レンズ系と対応付け
て設けられ、これら入射側レンズ系からの光信号を反射
させる複数の第１可動ミラーを備えている。入力側導光
路は入射側レンズ系の各々に、対応付けて設けられてい
る。

【００４９】また、第３光ユニットは、第２光ユニット
の可動ミラーからの光信号を個別に反射させる複数の第
２可動ミラーを備え、第４光ユニットは、第２可動ミラ
ーからの光信号を集光する出射側レンズ系と、このレン
ズ系から光信号が入射する出力側導光路との組合せを、
光出力ポートの各々に対応付けて複数対備えている。

【００５０】また、これら第１、第２、第３、第４光ユ
ニットは、共通の基板上に設けられている。

【００５１】さらに、第１光ユニット内は、入力側導光
路が第１基板に固定されており、同様に入射側レンズ系
も第２基板に固定されており、第４光ユニット内は、出
射側レンズ系が第３基板に固定されており、同様にして
出力側導光路も第４基板に固定されている。

【００５２】この第８の光スイッチは、好ましくは、第
１基板から第４基板に、熱膨張係数が小さいか、同一の
基板を用いる。

【００５３】さらに、この第８の光スイッチは、第１基
板から第４基板、さらに共通基板の熱膨張係数が小さい
か、同一である場合があってもよい。

【００５４】この第８の光スイッチにおいて、第１光ユ
ニットに設けられた入力側導光路から出射した光信号
は、入射側レンズ系の入射光となる。そして、ここで集
光され、第２光ユニットに設けられた第１可動ミラーに
て、第３光ユニットに設けられた所望の第２可動ミラー
へ偏向される。この第２可動ミラーにてさらに偏向され
た光は、第４光ユニットに設けられたレンズ系を経て、
出力側導光路に入射される。

【００５５】ここで温度変動により、共通基板が膨張し
たとする。このとき、第１光ユニット及び第４光ユニッ
トは、共通基板と同様に膨張する。

【００５６】しかし、第１基板と第２基板、及び第３基
板と第４基板の熱膨張係数が同一であれば、第２光ユニ
ットに設けられた第１可動ミラーへの光の入射位置ずれ
は生じるが、入射角度は変動しない。この第１可動ミラ
ーの角度における温度変動は小さいので、光ビームの伝
搬角度も変化はない。

【００５７】このとき第３光ユニットに設けられた第２
可動ミラーにおいても、光は入射位置が変動するだけで
あって、入射角度の変動は無い。また、第２可動ミラー
の温度による角度変化は小さいため、出射側レンズ系へ
の光の入射位置は変動するものの、入射角度の変動は無
い。

【００５８】このように第８の光スイッチの構成におい
ては、温度変化があったとしても焦点位置ずれを最小と
し、光ファイバへの入力角度ずれのみを生じさせ、光出
力に対する影響がより少ない構造としたため、温度変化
による出力パワー変動を抑えることが可能となる。

【００５９】つぎに、これら第１〜８の光スイッチを用
いた光スイッチ装置について、説明する。この発明の光
スイッチを用いた光スイッチ装置は、スイッチング用可
動部を有する光スイッチと、光スイッチからの出射光を
モニタするモニタ部と、モニタ部からのモニタ信号に応
答して、スイッチング用可動部を制御することにより、
光スイッチのスイッチングの制御状態を調整するための
動作制御部とを備える。

【００６０】この光スイッチ装置は、第１の光スイッチ
と第２の光スイッチを有している。

【００６１】スイッチング用可動部は、構成が全く同一
で、第１及び第２の光スイッチへ光信号を入力する第１
の光信号導入手段と第２の光信号導入手段を有し、モニ
タ部も、構成が全く同一の第１の光信号出力手段と第２
の光信号出力手段を有している。

【００６２】第１及び第２の光信号導入手段は、監視用
信号出力源と、信号合成部とを有していて、監視用信号
出力源より出力された監視用信号と、入力された光信号
とを、信号合成部にてひとつの合成信号にした後、第１
及び第２の光スイッチへ入力させる。

【００６３】また、第１、第２の光信号出力手段は、光
信号分配部とモニタとを有していて、光信号分配部は、
モニタ及び光スイッチ装置の外部に、光スイッチより出
力した光信号を分配して、出力する。

【００６４】さらに、この光スイッチ装置によれば、第
１及び第２の光信号出力手段にフィルターを設け、光信
号分配部より出力された合成信号から光信号のみを取り
だし、光スイッチ装置の外部へ出力する。監視用信号出
力源の動作は、動作制御部にて制御される。

【００６５】第２の光スイッチは予備用に使用されるほ
か、スイッチング用可動部からの光信号を、第１及び第
２の光信号出力手段へ、放送分配するときにも使用され
ることが好ましい。

【００６６】よって、この光スイッチ装置の構成におい
て、光スイッチの状態監視が可能となり、しかも予備系
の配置と２方向への放送分配機能が、少ない部品数で実
現される。

【００６７】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して、この発明の
実施の形態につき説明する。なお、図は、この発明を理
解できる程度に、形状、大きさおよび配置関係を概略的
に示すものに他ならない。よって、この発明は、図示例
に何ら限定されるものではない。さらに、説明に用いる
各図において、同様な構成成分については同一の符号を
付して示してあり、重複する説明は省略している。

【００６８】またこの際、これら実施の形態における動
作を説明するために、光束の形状を必要に応じて図示す
る。また、この発明で扱われる光学系は、近軸光線とす
る。

【００６９】［第１の実施の形態］図１は、第１の実施
の形態の光スイッチの構成を示す斜視図である。この光
スイッチ２６は、複数個の光入力ポート１０を有する入
力側スイッチ要素１２と、複数個の光出力ポート１４を
有する出力側スイッチ要素１６とを備える。図１に矢印
で光線の様子を示してある。この光スイッチによれば、
光入力ポート１０のいずれかに入力された光信号が光出
力ポート１４のいずれかから出力される。

【００７０】上述の入力側スイッチ要素１２は、光入力
ポート１０の各々に、２個の光偏向素子１８ａおよび１
８ｂからなる入力側光偏向素子群２０を備える。これら
光偏向素子１８ａおよび１８ｂは、光入力ポート１０に
入射される光信号の入射方向に沿って配置されている。

【００７１】また、上述の出力側スイッチ要素１６は、
光出力ポート１４の各々に、２個の光偏向素子２２ａお
よび２２ｂからなる出力側光偏向素子群２４を備える。
これら光偏向素子２２ａおよび２２ｂは、光出力ポート
１４から出射される光信号の出射方向に沿って配置され
ている。

【００７２】入力側スイッチ要素１２と出力側スイッチ
要素１４とは、構造的に同じものである。

【００７３】この例では、入力側スイッチ要素１２への
光入力手段として、光ファイバ２８が用いられる。この
光ファイバ２８の出力端面が、上述の光入力ポート１０
に接続される。また、出力側スイッチ要素１６からの光
出力手段として、光ファイバ３０が用いられる。この光
ファイバ３０の入力端面が、上述の光出力ポート１４に
接続される。

【００７４】このように、この実施の形態の光スイッチ
によれば、入力側光ファイバ群と出力側光ファイバ群と
の間に３次元光配線が構成される。そして、この３次元
光配線を実現するための上述した光偏向素子群は、２個
の光偏向素子からなる二段構成になっている。このよう
に、従来構成では光偏向素子群が一段構成であったのに
対して、この実施の形態の構成では二段構成になってい
る。

【００７５】なお、この実施の形態では、入力側光偏向
素子群２０を構成する一方の光偏向素子１８ａは基板３
２上に設置される。各ポートの光偏向素子１８ａが基板
３２上に配置されて、第１偏向素子アレイ３４が構成さ
れる。同様に、入力側光偏向素子群２０を構成する他方
の光偏向素子１８ｂも別の基板３６上に設置される。各
ポートの光偏向素子１８ｂが基板３６上に配置されて、
第２偏向素子アレイ３８が構成される。これら第１およ
び第２偏向素子アレイ３４および３８が、入力側スイッ
チ要素１２を構成している。

【００７６】また、出力側光偏向素子群２４を構成する
一方の光偏向素子２２ａは基板４０上に設置される。各
ポートの光偏向素子２２ａが基板４０上に配置されて、
第３偏向素子アレイ４２が構成される。同様に、出力側
光偏向素子群２４を構成する他方の光偏向素子２２ｂも
別の基板４４上に設置される。各ポートの光偏向素子２
２ｂが基板４４上に配置されて、第４偏向素子アレイ４
６が構成される。これら第３および第４偏向素子アレイ
４２および４６が、出力側スイッチ要素１６を構成して
いる。

【００７７】なお、各光偏向素子は分離して、単独に設
けられていても良く、あるいは複数の基板に分割して設
けられていても良い。

【００７８】この実施の形態では、第１、第２、第３お
よび第４偏向素子アレイ３４、３８、４２および４６が
この順序で、各基板３２、３６、４０および４４が平行
となるように配列されている。

【００７９】また、光ファイバ２８および３０は、それ
ぞれ不図示の保持部材例えば基板によって整列した状態
で保持される。このような基板には、精密な位置精度で
光ファイバを位置決めするためのガイドが、種々の好適
な方法によって形成されている。

【００８０】この実施の形態では、上述の光偏向素子１
８ａ、１８ｂ、２２ａおよび２２ｂとして可動レンズが
用いられている。この可動レンズは、光信号の入射方向
または出射方向に垂直な面内で移動可能なレンズであ
る。また、各光偏向素子群２０および２４を構成する２
枚の可動レンズは焦点距離が異なっている。

【００８１】図２は、可動レンズの構成例を示す平面図
である。レンズ４８は、微動台５０上の４つのアクチュ
エータ５２、５４、５６および５８によって支持されて
いる。レンズ４８は、アクチュエータ５２および５４を
駆動させることで、微動台５０の面内の一方向、図２の
例では図中の上下方向に移動する。また、レンズ４８
は、アクチュエータ５６および５８を駆動させることで
図２中の左右方向に移動する。微動台５０の面には光透
過孔５０ａが開けられており、レンズ４８はこの孔５０
ａに対して相対的に移動する。また、微動台５０はスラ
イダ６０によって支持されており、大きなぶれが生じな
いように図２中の左右方向に移動可能である。この構成
はあくまでも一例であって、他の種々の構成を適用する
ことができる。

【００８２】図３は、図１に示した光スイッチの一部の
断面を示す図である。図３に示すように、光偏向素子１
８ａ、１８ｂ、２２ａおよび２２ｂとして可動レンズが
用いられている。可動レンズ１８ａは、基板３２上にア
クチュエータ６２を介して保持されている。可動レンズ
１８ｂは、基板３６上にアクチュエータ６４を介して保
持されている。可動レンズ２２ａは、基板４０上にアク
チュエータ６６を介して保持されている。可動レンズ２
２ｂは、基板４４上にアクチュエータ６８を介して保持
されている。各可動レンズは、各アクチュエータによ
り、各基板面に沿って移動可能である。

【００８３】基板３２、３６、４０および４４それぞれ
には、光を通すための開口３２ａ、３６ａ、４０ａおよ
び４４ａが形成されている。基板３６および４０の側で
は光の偏向角が大きくなるため、基板３６および４０が
厚い場合には図示のように面取りをして、光束がかから
ないようにする必要がある。なお、基板３２、３６、４
０および４４が、使用する光の波長に対して透明な材料
である場合には必ずしも上述した開口は必要ではない。
また、基板３２と基板３６とは、レンズ１８ａおよび１
８ｂ間の間隔をとるために、スペーサを介して貼り付け
られる。同様に、基板４０と基板４４とは、レンズ２２
ａおよび２２ｂ間の間隔をとるために、スペーサを介し
て貼り付けられる。

【００８４】図３に示すように、入力側光ファイバ２８
からの出射光は、入力側スイッチ要素のレンズ対１８ａ
および１８ｂで平行光にされた後、出力側スイッチ要素
のレンズ対２２ａおよび２２ｂによって出力側光ファイ
バ３０に集光される。

【００８５】また、図４に示すように構成しても良い。
図４は、入力側スイッチ要素の断面を示す図である。基
板７０には、光ファイバ７８からの出射光を通すための
開口７０ａが形成されている。この開口７０ａの位置に
光偏向素子群が設けられている。この例では、光偏向素
子群を構成する１対の光偏向素子が一枚の基板７０に設
けられる。すなわち、１段目の光偏向素子である可動レ
ンズ７２ａは、アクチュエータ７４を介して基板７０に
保持される。さらに、２段目の光偏向素子である可動レ
ンズ７２ｂは、アクチュエータ７６を介してアクチュエ
ータ７４に保持される。このようにアクチュエータを多
段構成にしてある。レンズ７２ａおよび７２ｂは、それ
ぞれアクチュエータ７４および７６によって独立に駆動
される。レンズ７２ａおよび７２ｂは、基板７０面に沿
って移動することができる。

【００８６】後述するように、例えばレンズ７２ａで偏
向角の粗調を行い、レンズ７２ｂで偏向角の微調を行う
ときには、原理的には図４の構成の方が望ましい。しか
し、基板上にマイクロマシン作製技術でアクチュエータ
を構成するときには、多段のアクチュエータを構成する
ことは困難であるため、図３に示す構成の方が現状は作
りやすい。ただし、図４の構成であっても、例えばレン
ズ７２ａおよび７２ｂをカメラなどで用いられる超音波
駆動モータ系とマイクロレンズとで構成するなどすれ
ば、実現可能である。

【００８７】次に、この実施の形態の光スイッチの動作
原理につき、図５〜１０を参照して説明する。

【００８８】図５には、図１に示した光偏向素子１８ａ
および１８ｂにそれぞれ対応するレンズ８０ａおよび８
０ｂが示されている。レンズ８０ｂの焦点距離をｆｂと
する。レンズ８０ｂに入射する平行光は、レンズ８０ｂ
からｆｂの距離だけ離れた焦点８２ｂの位置に集光す
る。レンズ８０ｂにレンズ８０ａを組み合わせると焦点
の位置は移動する。移動後の焦点８２ｃは、レンズ８０
ａおよび８０ｂを組み合わせた複合レンズ系と等価な働
きをするレンズの中心８４から、ｆｃの距離だけ離れた
位置にある。図３に示したように、焦点８２ｃに光源す
なわち光ファイバの端面を置いて使用される。図５中、
中心線８６は、焦点８２ｃおよび中心８４を通る線であ
る。レンズ８０ａの焦点距離をｆａとすると、次式
（１）１／ｆｃ＝１／ｆａ＋１／ｆｂ・・・（１）の関係がある。

【００８９】図６には、レンズ８０ａが示されている。
中心線８６上に、上述した等価レンズの焦点８２ｃが示
されている。上述したように、通常はこの焦点８２ｃの
位置に光源が置かれる。次に、光源が焦点８２ｃから中
心線８６に対して垂直な方向に距離ｄだけ移動した場合
を考える。レンズ８０ａと等価レンズの中心８４とが比
較的近い場合、光源の移動後の位置８８とレンズ８０ａ
との距離はｆｃにほぼ等しい。以下、この距離を記号〜
ｆｃで表す。

【００９０】光源が焦点８２ｃの位置にあった場合には
中心線８６に光束の中心がある。しかし、光源を位置８
８へずらすと、光束の中心はレンズ８０ａから焦点距離
ｆａだけ離れた位置で中心線８６と交わる線９０の方向
へ屈折する。この場合、線９０の延長上、レンズ８０ａ
より〜ｆｃだけ離れた位置９２に仮想的な光源があるの
と等価な状態になる。さらに、レンズ８０ａによる光の
集光効果は、光源が焦点８２ｃの位置にあるときと同等
である。つまり、位置９２に光源があって、線９０に垂
直にレンズ８０ａが置かれた状況と近似的に等しい。線
８６および９０が交わる角度、すなわち偏向角をθａと
する。このとき次式（２） θａ＝ｔａｎ^-1（ｄ／ｆａ）・・・（２）の関係が成立する。

【００９１】次に、レンズ８０ａおよび８０ｂからなる
複合レンズ系の動作の説明に戻る。図７には、複合レン
ズ系が中心線８６上から、中心線８６に垂直な方向に距
離Ｄだけ移動した状態を示してある。また、図７には、
レンズ８０ａおよび８０ｂの移動後のレンズ８０ａ′お
よび８０ｂ′が示されている。また、図７には、複合レ
ンズ系の中心８４の移動後の中心８４′および中心線８
６の移動後の中心線８６′も示されている。光源が焦点
８２ｃの位置にあるとき、光は焦点８２ｃと中心８４′
とを結ぶ線９４上を進む。中心線８６と線９４とのなす
角度、すなわち偏向角θ_Dは次式（３） θ_D＝ｔａｎ^-1（Ｄ／ｆｃ）・・・（３）で表される。

【００９２】次に、図８に示すように、レンズ８０ａの
みが移動する場合、すなわちレンズ８０ａがレンズ８０
ｂに対して相対的に移動する場合を考える。レンズ８０
ａは、中心線８６上から中心線８６に垂直な方向に距離
ｄだけ移動する。図８には、レンズ８０ａの移動後のレ
ンズ８０ａ″が示されている。このときは、図６に示し
た場合と同様となり、焦点８２ｃ（図６の位置８８に相
当する。）に置かれた光源からの出射光は、線９０の方
向へ屈折する。したがって、レンズ８０ｂからは、線９
０に垂直なレンズを介して仮想位置９２に光源があるよ
うに見える。仮想位置９２の本来の光源の位置８８から
のずれをｄｃとする。図６を参照して説明した結果を用
いると次式（４）ｄｃ＝〜ｆｃ・ｔａｎθａ＝〜ｆｃ・ｄ／ｆａ・・・（４）が得られる。

【００９３】また、位置９２に置かれた光源からの出射
光９６は、レンズ８０ｂによって線９８の方向に屈折さ
れる。線８６および９８のなす角度、すなわち偏向角θ
は、傾いたレンズとレンズ８０ｂとの２枚のレンズ系の
焦点距離を考慮して、次式（５） θ＝ｔａｎ^-1（ｄｃ／ｆｃ）＝ｔａｎ^-1［（ｄ／ｆａ）（〜ｆｃ／ｆｃ）］・・・（５）で与えられる。

【００９４】次に、別の考え方から上述の（５）式の結
果を導く。図９では、レンズ８０ａが無い（ただし、図
９中、レンズ８０ａがあった位置を記号８０ａで示
す。）。図９の構成は、図５に示したように仮想位置８
２ｂに光源があるような場合へと図８の構成を変形した
ものに相当する。図９中の線９０は、レンズ８０ａが無
いときにあたかもこの方向に光源がずれているように光
が進むことを示している。レンズ８０ａが無いときの焦
点位置は、図５に示したようにレンズ８０ｂからｆｂの
距離だけ離れた位置９２′になる。仮想的な光源は位置
９２′に置かれるとする。光源の位置９２′は、中心線
８６に対してｄｃ′だけ離れている。距離ｄｃ′は次式
（６）ｄｃ′＝ｄｃｆｂ／ｆｃ＝（〜ｆｃ／ｆｃ）（ｆｂ／ｆａ）ｄ・・・（６）で表される。

【００９５】また、位置９２′に置かれた光源からの出
射光９６は、レンズ８０ｂによって線９８の方向に屈折
される。線８６および９８のなす角度、すなわち偏向角
θは次式（７）で与えられる。

【００９６】 θ＝ｔａｎ^-1（ｄｃ′／ｆｂ）＝ｔａｎ^-1［（ｄ／ｆａ）（〜ｆｃ／ｆｃ）］・・・（７）したがって、前述の（５）式の結果と同一の結果が得ら
れる。

【００９７】以上説明したように、偏向角θ_D はレンズ
系８０ａおよび８０ｂの移動距離Ｄと複合レンズ系の焦
点距離ｆｃとの比Ｄ／ｆｃにより決まる。また、（〜ｆ
ｃ／ｆｃ）が１に近いと仮定すれば、偏向角θはレンズ
８０ａのレンズ８０ｂに対する相対位置ｄとレンズ８０
ａの焦点距離ｆａとの比ｄ／ｆａにより決定される。移
動距離Ｄおよびｄは、同等のアクチュエータを用いるの
で同等の大きさだとする。また、レンズ８０ｂの集光力
を大きくして（すなわち焦点距離ｆｂを小さくす
る。）、レンズ８０ａの集光力を小さくすれば（すなわ
ち焦点距離ｆａを大きくする。）、ｆｂ／ｆａ＝ｒ＜＜
１となる。また、このときθ_D ／θはｆａ／ｆｃにほぼ
等しい。ｆａ／ｆｃ＝（ｒ＋１）／ｒであるからｆａ／
ｆｃ＞＞１となる。したがって、θ_D ／θ＞＞１となる
から、偏向角θ_D によって偏向角の粗調を行い、偏向角
θによって偏向角の微調を行うことができるようにな
る。位置精度をδとすると角度精度は、θ_D ではδ／ｆ
ｃ＝θ_Dδ／Ｄとなり、θではδ／ｆａ＝θδ／Ｄとな
るから、最大偏向角に対する割合として同一の値（δ／
Ｄ）となる。絶対値ではθ_D とθとの精度は１：ｒとな
る。

【００９８】また、次のように考えることもできる。図
１０は、レンズ８０ａおよび８０ｂの複合レンズ系を１
枚のレンズ８０ｃで置き換えた様子を示している。この
レンズ８０ｃの焦点距離はｆｃである。このように置き
換えを行うと、図８および図９の状態はレンズ８０ｃが
中心線８６からｄｅの距離だけ移動した場合と等価にな
る。

【００９９】図１０に示すように、位置９２に置かれた
光源からの出射光９６は、レンズ８０ｃによって線９８
の方向に屈折される。線８６および９８のなす角度、す
なわち偏向角θは次式（８） θ＝ｔａｎ^-1（ｄｅ／ｆｃ）・・・（８）で与えられる。

【０１００】（４）および（５）式より、次式（９）ｄｅ＝（〜ｆｃ／ｆａ）ｄ＝ｄｃ・・・（９）の関係が成立する。

【０１０１】つまり、実際のレンズ８０ａの移動距離ｄ
よりも〜ｆｃ／ｆａ＝ｒだけ小さくレンズ８０ｃを移動
したことと等価になる。よって、偏向角の粗調は複合レ
ンズ系８０ａおよび８０ｂを同時に動かすことで行え、
偏向角の微調はレンズ８０ａだけを動かすことで行える
ことが分かる。

【０１０２】以上説明したように、集光力の小さなレン
ズ８０ａと集光力の大きなレンズ８０ｂとで光偏向素子
群を構成しているので、偏向角精度はそれぞれのレンズ
に振り分けられる。レンズ８０ａでは、数十チャネルで
あれば数％の精度でも良い。この場合、レンズ８０ｂで
は、隣接チャネル間隔の数百ミクロン内で１ミクロンの
精度を出すために数分の一％の精度が要求される。この
ように、従来必要とされた１０^-4（すなわち１０^-4×１
００＝１０^-2％）の精度が２つの素子に振り分けられ
る。例えばレンズ８０ａの精度を１０^-2（二百ミクロ
ン）程度とすると、レンズ８０ｂでも１０^-2程度の精度
で良くなる。よって、簡便なレンズ位置の検出方法によ
っても全体として必要な精度が得られる。

【０１０３】以上の議論はレンズ系が３枚以上のレンズ
で構成される場合にも成立する。例えば、レンズ８０ａ
および８０ｂの複合レンズ系をレンズ８０ｃで置き換
え、このレンズ８０ｃに新たなレンズを加えた複合レン
ズ系を考えれば良い。このときは、偏向角の調整精度が
３枚のレンズに振り分けられる。ここでαをレンズの個
数とすると、レンズ８０ｃと新たなレンズのそれぞれに
要求される位置精度が１０^-1／α（α＝２）程度にまで
さらに緩和される。このように、３枚以上の可動レンズ
系を構成することで効果がさらに向上する。

【０１０４】なお、この実施の形態では、光偏向素子群
として入力側から順に集光力の小さなレンズ、および集
光力の大きなレンズを配置したが、これとは逆に入力側
から順に集光力の大きなレンズ、および集光力の小さな
レンズを配置しても良い。

【０１０５】［第２の実施の形態］図１１は、第２の実
施の形態の光スイッチの構成を示す図である。この光ス
イッチ１０８は、複数個の光入力ポート１０を有する入
力側スイッチ要素１１０と、複数個の光出力ポート１４
を有する出力側スイッチ要素１１２とを備える。

【０１０６】上述の入力側スイッチ要素１１０は、光入
力ポート１０の各々に、２個の光偏向素子１８ａおよび
１００ａからなる入力側光偏向素子群１１４を備える。
これら光偏向素子１８ａおよび１００ａは、光入力ポー
ト１０に入射される光信号の入射方向に沿って配置され
ている。

【０１０７】また、上述の出力側スイッチ要素１１２
は、光出力ポート１４の各々に、２個の光偏向素子１０
０ｂおよび２２ｂからなる出力側光偏向素子群１１６を
備える。これら光偏向素子１００ｂおよび２２ｂは、光
出力ポート１４から出射される光信号の出射方向に沿っ
て配置されている。

【０１０８】入力側スイッチ要素１１０と出力側スイッ
チ要素１１２とは、構造的に同じものである。

【０１０９】この例では、入力側スイッチ要素１１０へ
の光入力手段として、光ファイバ２８が用いられる。こ
の光ファイバ２８の出力端面が、上述の光入力ポート１
０に接続される。また、出力側スイッチ要素１１２から
の光出力手段として、光ファイバ３０が用いられる。こ
の光ファイバ３０の入力端面が、上述の光出力ポート１
４に接続される。

【０１１０】図１２は、第２の実施の形態の光スイッチ
の要部構成を示す断面図である。図１２には、図１１に
示した入力側スイッチ要素１１０に相当する部分が示さ
れている。出力側スイッチ要素１１２も図１２に示す入
力側スイッチ要素１１０と同じ構成である。

【０１１１】この実施の形態では、入力側光偏向素子群
１１４を構成する一方の光偏向素子１８ａは基板３２
（図１１では図示を省略）上に設置される。同様に、入
力側光偏向素子群１１４を構成する他方の光偏向素子１
００ａは別の基板１０４ａ上に設置される。

【０１１２】また、出力側光偏向素子群１１６を構成す
る一方の光偏向素子２２ｂは不図示の基板上に設置され
る。同様に、出力側光偏向素子群１１６を構成する他方
の光偏向素子１００ｂは別の基板１０４ｂ上に設置され
る。

【０１１３】この実施の形態では、上述の光偏向素子１
８ａおよび２２ｂとして可動レンズが用いられている。
この可動レンズは、光信号の入射方向または出射方向に
垂直な面内で移動可能なレンズである。また、この実施
の形態では、上述の光偏向素子１００ａおよび１００ｂ
として可動ミラーが用いられている。

【０１１４】このように、第２の実施の形態の光スイッ
チの、第１の実施の形態の光スイッチとの相違点は、一
方の可動レンズの代わりに可動ミラーを備えた点にあ
る。光は、可動レンズ１８ａ、可動ミラー１００ａ、可
動ミラー１００ｂ、可動レンズ２２ｂの順に光スイッチ
内を通過する。

【０１１５】図１２に示すように、可動ミラー１００ａ
は、光ファイバ２８からの光信号の入射方向に垂直な回
転軸（ヒンジ）１０２を有している。可動ミラー１００
ａは、基板１０４ａにヒンジ１０２を介して固定されて
いる。基板１０４ａ上、可動ミラー１００ａと対向する
位置に、電極１０６ａおよび１０６ｂが設けられてい
る。これらの電極１０６ａおよび１０６ｂのいずれかを
荷電させると、その静電引力によって、荷電した電極の
側に可動ミラー１００ａが傾く。したがって、この可動
ミラー１００ａは、図１および図３に示した可動レンズ
１８ｂと同等の働きをする。よって、この第２の実施の
形態の構成にあっても、偏向角の微調と粗調とが可能で
ある。偏向角精度はそれぞれの光偏向素子に振り分けら
れる。

【０１１６】なお、図１１中の光偏向素子１００ａおよ
び１００ｂ間の位置にミラー１１８を置いて反射構成と
すれば、入力側スイッチ要素１１０のみで入力光の偏
向、および偏向後の光の出力が可能になるため、出力側
スイッチ要素１１２は省略できる。

【０１１７】［第３の実施の形態］次に、第３の実施の
形態では、光スイッチのチャネル数を増大するための構
成について説明する。まず、この構成を備えない光スイ
ッチの問題点を明らかにする。

【０１１８】図１３に示すように、典型的な光スイッチ
は、光ファイバ２８および３０間に、コリメータレンズ
１２０および１２２からなるコリメータ系を有してい
る。可動レンズ型の光偏向素子を用いた装置では、コリ
メータレンズ１２０および１２２そのものが移動をし
て、光束の偏向を行う。可動ミラー型の光偏向素子を用
いた装置では、光路中に設けられた可動ミラーによって
光束の偏向を行う。ここで、コリメータレンズ１２０お
よび１２２間の距離をＬとし、各レンズ１２０および１
２２の焦点距離をｆとする。また、コリメータレンズあ
るいは光束（ビーム）の最大径をΦとする。回折の影響
を考慮した解析より、Ｌ＜πΦ² ／λ ・・・（１０）が必要となる。ここでλは光の波長である。光ファイバ
２８の入出力角度あるいは回折角をθ_dとすると Φ＝ｆθ_d ・・・（１１）の関係がある。

【０１１９】次に、図１４を参照して、光偏向素子が可
動ミラーである場合について精度計算を行う。図１４
は、可動ミラー型光スイッチの要部構成を示す図であ
る。図１４には、出力側スイッチ要素に相当する部分が
示されている。この図には、入力側光偏向素子（不図
示）で偏向された光束が、出力側の可動ミラー１２４で
偏向された後に、レンズ１２２で集光され、光ファイバ
３０に入力される様子が示されている。図中の可動ミラ
ー１２４の状態のように正しいミラー角度の場合には、
光束１２６は正しい位置で光ファイバ３０に入力され
る。ミラー１２４の角度が記号１２４′で示すように正
しい角度からずれると、光は記号１２６′で示す光束の
ように焦点位置がずれてしまい光ファイバ３０に入らな
くなる。ミラー角度のずれによる光束の角度ずれをｄθ
とする。焦点位置ずれをδΔＳとおく。すると δΔＳ＝ｆｄθ ・・・（１２）が成立する。この角度ずれｄθは、出力側の可動ミラー
１２４の角度ずれのみでなく、入力側の光偏向素子を可
動ミラーとした場合にはその入力側可動ミラーの角度ず
れによっても生じる。

【０１２０】図１や図１１を参照して説明したように、
入力ポートおよび出力ポート間には３次元光配線が形成
される。入力側および出力側光偏向素子は、それぞれポ
ートごとに配置される。Ｎチャネルの光スイッチの場
合、ポートの配列面に平行な面内において、縦および横
方向にそれぞれＮ^1/2個の光偏向素子が並ぶ。各光偏向
素子はクロストーク確保の必要性から４Φ以上のピッチ
で並べる必要がある。したがって、ポートの配列面の一
辺の大きさは４ΦＮ^1/2となる。したがって、必要とさ
れる最大傾斜ミラー角θｍは θｍ＝２ΦＮ^1/2／Ｌ・・・（１３）となる。（１０）および（１３）式から、 Φ＞２λＮ^1/2／（πθｍ）・・・（１４）を得る。

【０１２１】ミラー角度精度を％で表すためにε＝δθ
／θｍを定義する。すると、（１１）、（１２）、（１
４）式より、Ｎ＜｛πθ_dδΔＳ／（２ελ）｝²・・・（１５）を得る。δΔＳｍを必要なロス以内に抑えるための焦点
位置ずれの最低値とすると、Ｎ＝｛πθ_dδΔＳｍ／（２ελ）｝²・・・（１６）と表せる。（１６）式の結果は、誤差精度εを良く（小
さく）する以外に、光ファイバの回折角θ_dを大きくす
ることによっても、チャネル数Ｎを増大できることを示
している。あるいは、δΔＳｍを大きくすることによっ
てもチャネル数Ｎを増大することができる。しかし、単
一モード光ファイバの場合には、δΔＳｍを大きくする
には光ファイバのモード径で大きくすることになり、そ
の場合θ_dは小さくなってしまうため効果が無い。

【０１２２】チャネル数Ｎの計算例を示す。δΔＳｍお
よびθ_dの値を典型的なシングルモード光ファイバの場
合の１μｍ、０．２ｒａｄとする。誤差εを１％、波長
λを１．５５μｍとする。このときＮ＝１００となる。

【０１２３】次に、図１５および図１６を参照して、光
偏向素子が可動レンズである場合について同様の解析を
行う。図１５および図１６は、可動レンズ型光スイッチ
の要部構成を示す図である。

【０１２４】図１５には、入力側スイッチ要素に相当す
る部分が示されている。この図には、入力側光ファイバ
２８からの出射光が、入力側の可動レンズ１２８で偏向
される様子が示されている。図中、アクチュエータ１３
０ａおよび１３０ｂは、可動レンズ１２８を移動させる
ためのモータである。梁１３２ａおよび１３２ｂは、ア
クチュエータで発生した力をレンズ１２８に伝えるもの
である。また、図中の記号ａおよびｂは、それぞれ可動
レンズ１２８および１２８′の中心を表す。

【０１２５】また、図１６には、出力側スイッチ要素に
相当する部分が示されている。この図には、入力側可動
レンズ１２８で偏向された光が、出力側の可動レンズ１
３８で集光され、光ファイバ３０に入力される様子が示
されている。図中、アクチュエータ１４０ａおよび１４
０ｂは、可動レンズ１３８を移動させるためのモータで
ある。梁１４２ａおよび１４２ｂは、アクチュエータで
発生した力をレンズ１３８に伝えるものである。図中に
は、移動後の可動レンズ１３８′が示されている。

【０１２６】光ファイバ２８からの光束１３４は、可動
レンズ１２８でコリメートされる。可動レンズ１２８を
記号１２８′で示す位置に移動させることに対応して、
コリメート後の光束１３６は光束１３６′のように偏向
される（図１５）。出力側ではこの逆過程が行われ、入
力側で偏向された光束はレンズ１３８（１３８′）を通
過後、光ファイバ３０に入力される（図１６）。

【０１２７】レンズ移動距離をΔＳとすると、偏向角θ
は θ＝ΔＳ／ｆ・・・（１７）で表される。移動距離ΔＳの最大値に対して、レンズ１
２８の直径Φ_Lは光束の径Φをカバーする必要があるの
で、下式（１８） Φ_L＝γ（２ΔＳ＋Φ）・・・（１８）が成立しなければならない。

【０１２８】ここでγはγ＞１を満たす値のパラメータ
である。両方のアクチュエータの収納スペースを２αΔ
Ｓで表す。αはα＞１を満たす値のパラメータである。
よって、光偏向素子のサイズはΦ_L＋２αΔＳとなる。
したがって、ポートの配列面の一辺の大きさは（Φ_L＋
２αΔＳ）Ｎ^1/2となる。したがって、必要とされる最
大偏向角θｍは θｍ＝（Φ_L＋２αΔＳ）Ｎ^1/2／Ｌ・・・（１９）で与えられる。（１０）、（１１）、（１８）、（１９）式より、 θｍ＝Ｎ^1/2｛γ（２ΔＳ＋ｆθ_d ）＋２αΔＳ｝／｛π（ｆθ_d）²／λ｝・・・（２０）が得られる。

【０１２９】一方、最大移動距離をΔＳ_MAXとすれば、
（１７）式よりΔＳ_MAX／ｆ＝θｍである。よって、ｆ
の値は次式（２１）で与えられる。

【０１３０】ｆ＝ΔＳ_MAXＮ^1/2（２γ＋２α）／｛πθ_dΔＳ_MAX／λ−γＮ^1/2｝・・・（２１）（２１）式と（１０）式とよりＬの値が求まる。出力側
で誤差を％で表し、δΔＳｍ／ΔＳ_MAX＝εとするとＬ＝（π／λ）（δΔＳｍ／ε）Ｎ^1/2（２γ＋２α）／｛πθ_d（δΔＳｍ／ ε）／λ−γＮ^1/2｝・・・（２２）を得る。チャネル数Ｎが増加するとＬは増加する傾向が
ある。やはり、可動ミラーの場合と同様にθ_dが大きい
ほどＬが短くなり実現性が高まる。

【０１３１】計算例を示す。α＝１、γ＝１として、他
のパラメータを可動ミラーの場合と同一にすると、Ｎ＝
５２９、Ｌ＝２８（ｃｍ）を得る。

【０１３２】以上説明したように、チャネル数Ｎを増大
するためにはＬを長く取らなければならない。Ｌを長く
するにはビーム径Φを大きくする必要がある。しかし、
Φを大きくするに当たり、光ファイバの回折角θ_dが小
さいと焦点距離が長くなるため、角度誤差による焦点位
置ずれが大きくなる。

【０１３３】［第３の実施の形態］次に、以上の点を踏
まえて、第３の実施の形態の光スイッチにつき説明す
る。この実施の形態の光スイッチでは、チャネル数を増
大するために、光ファイバの回折角θ_dを拡大する光学
系が組み込まれている。

【０１３４】第３の実施の形態の光スイッチの基本的な
構成は、図１３に示した装置と同様である。すなわち、
光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、光出力
ポートに接続された出力側光ファイバと、これら光ファ
イバ間に挿入されたコリメータ系とが備えられる。ま
た、入力側および出力側のそれぞれに可動レンズまたは
可動ミラーで構成された光偏向素子が備えられる。

【０１３５】図１７は、第３の実施の形態の光スイッチ
の要部構成を示す図である。図１７には、入力側のコリ
メータレンズ１２０と、入力側の光ファイバ１４４とが
示されている。図１７には、光偏向素子の図示が省略さ
れているが、上述したようにコリメータレンズ１２０そ
のものを可動レンズとして用いることもある。また、光
ファイバ１４４の端面が光入力ポートとして用いられ
る。出力側の構成も図１７の構成と同様である。

【０１３６】そして、この実施の形態の光スイッチで
は、光入力ポートおよび光出力ポートに、それぞれ入力
側光ファイバおよび出力側光ファイバの光入出力角を拡
大するための光学系が備えられる。図１７には、入力側
の光ファイバ１４４の光入力ポートに備えられたこの光
学系１４６が示されている。

【０１３７】光学系１４６は、光ファイバ１４４の端部
に形成されている。この光ファイバ１４４の端部は、端
面１４４ａに向かって広がるテーパ構造のコア１４８
と、コア１４８を被覆するクラッド１５０とで構成され
る。そして、端面（出射面）１４４ａは凹面形状、この
例では円錐形状としてある。

【０１３８】上述した光ファイバ１４４の端部では、光
ファイバ内において導波光は平面波になっている。この
平面波を反射あるいは屈折現象を用いて所望の角で発散
していく光に変換する。出射面１４４ａが円錐状反射面
であれば光は同心円状の光束として伝搬し、コリメータ
レンズ１２０通過後はいわゆるベッセルビーム的に伝搬
してゆく。出射面１４４ａが円錐状の屈折面であっても
同様であるが、この面での全反射角度の制限から光ファ
イバ１４４における回折角θ_dは４８°が限界である。
それでも通常の構成に比して４倍の改善がなされる。

【０１３９】出射面１４４ａは、円錐面以外にも例えば
凹レンズ形状にしても良い。

【０１４０】コア１４８のテーパ構造は必ずしも必要で
はないが、このような構造は焦点位置のずれに対する許
容度を増大させる。他に例えばＭＭＩ（ｍｕｌｔｉ−ｍ
ｏｄｅｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）カプラ構造を採用
しても良い。

【０１４１】次に、この実施の形態の光スイッチの動作
につき説明する。例えば上述したコリメータレンズ１２
０を可動レンズとした場合、出力側のどのコリメータレ
ンズへ光を送り込むかの情報に基づきレンズ１２０が駆
動される。その結果、チャネル間の切り替えが行われ
る。また、光が送り込まれた出力側のコリメータレンズ
（可動レンズ）の微小な角度調整によって、出力側光フ
ァイバに最大光量で光が入力されるようにする。必要な
切り替え角度は、出力側のレンズピッチ、レンズ数、入
出力光偏向素子間距離Ｌで決定される。この角度は、可
動ミラー型の場合にはθ_dに無関係に設定できる。一
方、可動レンズ型の場合にはｆが短いほど偏向角が大き
くなり、Ｌが縮小する。

【０１４２】図１７に示す構成では、回折角θ_dを大き
くとることにより、必要な光束幅を確保しつつレンズ１
２０とレンズ焦点面との距離ｆを縮めることが可能とな
っている。これにより、角度変化ｄθに対する焦点位置
変化ｆｄθが低減される。

【０１４３】以上説明した光スイッチによれば、回折角
度をｎ倍することで、同一の精度で実現可能なチャネル
数Ｎをｎ²倍にすることが可能である。すなわち、チャ
ネル数がＮであれば従来に比べて必要な精度はｎ倍緩和
される。

【０１４４】なお、例えば出射面１４４ａを上述の形状
とする代わりに凹レンズを用いることもできるが、その
場合は、レンズ前の角度変化が拡大されてしまう問題を
解決する必要がある。すなわち位置変化減少によるロス
減少と、入力角変化増大によるロス増大のトレードオフ
が問題となる。上述した形状の出射面１４４ａを採用す
ればこの問題は無い。

【０１４５】図１７に示した構成の他にも、例えば図１
８に示す光学系を用いることも回折角の拡大に有効であ
る。図１８は、第３の実施の形態の光スイッチの変形例
の要部構成を示す図である。図１８には、出力側のコリ
メータレンズ１２２と、出力側の光ファイバ１５４とが
示されている。光ファイバ１５４の端面が光出力ポート
として用いられる。入力側の構成も図１８の構成と同様
である。

【０１４６】図１８に示す光学系１５２は、出力側の光
ファイバ１５４の端部に形成された凸レンズ形状の光が
入射する面１５４ａである。この系では先球部（光が入
射する面）１５４ａを凸レンズとして用い、この凸レン
ズの焦点１５６をコリメータレンズ１２２との共焦点に
している。この凸レンズの焦点距離が充分に小さければ
回折角を大きくすることができる。その結果、コリメー
タレンズ１２２に入射する光は、その角度誤差が拡大さ
れた状態で光ファイバ１５４に入力されるようになる。
凸レンズとコリメータレンズ１２２との焦点比をｒにす
ると倍率はｒ倍である。ｒは必要な光束（ビーム）径Φ
と光ファイバのモード径との比に一致する。光ファイバ
１５４への入力許容角度は０．５ｄＢで１．５倍程度で
ある。光ファイバ１５４のコア１４８は、この許容角度
を保ったままｒの比をあまり大きくしないようにするた
めに、テーパ構造にしてある。

【０１４７】［第４の実施の形態］第３の実施の形態で
は、回折角θ_dを増大するための光学系を示したが、そ
の代わりにビーム径Φを増大する光学系を用いても良
い。

【０１４８】第４の実施の形態の光スイッチの基本的な
構成は、図１３に示した装置と同様である。すなわち、
光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、光出力
ポートに接続された出力側光ファイバと、これら光ファ
イバ間に挿入されたコリメータ系とが備えられる。ま
た、入力側および出力側のそれぞれに可動レンズまたは
可動ミラーで構成された光偏向素子が備えられる。

【０１４９】図１９は、第４の実施の形態の光スイッチ
の要部構成を示す図である。図１９には、出力側のコリ
メータレンズ１５８と、出力側の光ファイバ１６０とが
示されている。光ファイバ１６０の端面は上述した光出
力ポートとして用いられる。入力側の構成も図１９の構
成と同様である。なお、図１９では、光偏向素子の図示
が省略されている。また、図１９では、光ファイバ１６
０のクラッドの図示が省略されている。

【０１５０】さらに、この実施の形態の光スイッチで
は、光入力ポートおよび光出力ポートに、それぞれ光の
ビーム径を拡大するための光学系を備えている。図１９
には、出力側の光ファイバ１６０の光出力ポートに備え
られたこの光学系１６２が示されている。

【０１５１】具体的に光学系１６２は、ｍ²×１カプラ
１６４（ｍは整数）とコリメータレンズ１５８とで構成
される。ｍ²×１カプラ１６４は、光ファイバ１６０の
端部に結合された幅広の導波部である。また、コリメー
タレンズ１５８は、カプラ１６４の端面に対向して設け
られ、このカプラ１６４の端面に平行な面内に配置され
た複数個の小レンズ１５８ａで構成されている。

【０１５２】この構成によれば、小レンズ１５８ａの各
々で分担して集光が行われ、集光された光の各々がカプ
ラ１６４で合流された後に光ファイバ１６０に入力され
る。よって、同一の光束径、焦点距離であっても必要な
回折角の大きさはｍ分の１（Φ_L／Φ）とすることがで
きる。

【０１５３】なお、小レンズ１５８ａが有限個の場合、
よく知られているように副光束の存在が問題となる。入
出力とも図１９の構成とするときには目的としていない
入力光（副光束）を受けないように、入出力光偏向素子
間の距離、ピッチ（すなわち光偏向素子間の角度）を設
定する必要がある。

【０１５４】なお、この実施の形態では、小レンズ１５
８ａを光束発生、コリメート用素子として用いている
が、同様の機能を有する他の素子、例えば回折格子、球
面ミラーなどであっても良い。

【０１５５】以上説明した光スイッチによれば、回折角
度をｎ倍することで同一の精度で実現可能なチャネル数
Ｎをｎ²倍にすることが可能である。すなわち、チャネ
ル数がＮであれば従来に比べて必要な精度はｎ倍緩和さ
れる。

【０１５６】［第５の実施の形態］図２０は、第５の実
施の形態の光スイッチの構成を示す図である。この光ス
イッチは、複数個の光入力ポート１０と、複数個の光出
力ポート１４とを有している。また、光入力ポート１０
の各々に、光信号の入射方向に垂直な回転軸を有する可
動ミラー１６６が入力側光偏向素子として備えられる。
また、光出力ポート１４の各々に、光信号の出射方向に
垂直な回転軸を有する可動ミラー１６８が出力側光偏向
素子として備えられる。さらに、入力側および出力側光
偏向素子間に、入力側の可動ミラー１６６で反射された
光を出力側の可動ミラー１６８上に集光するための光学
素子１７０が設けられている。

【０１５７】また、この例では、光入力ポート１０への
光入力手段として、光ファイバ２８が用いられる。この
光ファイバ２８の出力端面が、上述の光入力ポート１０
に接続されている。また、光出力ポート１４からの光出
力手段として、光ファイバ３０が用いられる。この光フ
ァイバ３０の入力端面が、上述の光出力ポート１４に接
続されている。

【０１５８】また、この例では、光入力ポート１０の数
に応じた個数の可動ミラー１６６が基板１７２上に設置
されている。同様に、光出力ポート１４の数に応じた個
数の可動ミラー１６８が基板１７４上に設置されてい
る。これら可動ミラーの構成は、図１１を参照して説明
した可動ミラーの構成と実質的に同じである。

【０１５９】また、この例では、光入力ポート１０およ
び可動ミラー１６６間に、光入力ポート１０ごとにコリ
メータレンズ１７６が設けられている。同様に、光出力
ポート１４および可動ミラー１６８間に、光出力ポート
１４ごとにコリメータレンズ１７８が設けられている。
これらコリメータレンズを可動レンズとしても良い。こ
の例では、これらコリメータレンズを、設計により任意
方向に集光可能な回折格子素子により構成している。

【０１６０】上述の光学素子１７０は、複数個のレンズ
が一平面内に配列された構造のコリメート用素子であ
る。可動ミラー１６６および１６８が光学素子１７０を
介して直線状の光路で結ばれているときには、上述した
可動ミラー１６６、１６８のピッチが、光学素子１７０
を構成するレンズのピッチの２倍になるように、これら
レンズは配列される。光学素子１７０を構成するレンズ
の直径は、コリメート長に応じたものが必要でありこれ
は（１０）式で与えられる。

【０１６１】また図２０において、各部を結ぶ点線及び
一点鎖線は、各部におけるこの光の経路を概略的に示し
たものである。

【０１６２】光学素子１７０を構成するリレーレンズが
一つ置きに、１６６、１６８の個々の可動ミラーと対向
するように、配置される。これにより、１６６と１６８
を結ぶすべての経路が光学素子１７０を通過する。

【０１６３】光学素子１７０を構成する各々のリレーレ
ンズの直径は、回折を抑えるためにある程度以上の大き
さが必要となる。この直径は、文献１に開示された技術
による光スイッチにおいて、コリメート系の最もビーム
径の大きい部分に、可動ミラーを設けた系でのミラー直
径と同一の値とする。具体的には、２００〜３００μｍ
程度である。

【０１６４】なお、図２０において、レンズ１７６、１
７８、１７０は、可動ミラー１６６、１６８と同様に、
基板上に形成することが可能である。そして、可動ミラ
ー１６６、１６８と光学素子１７０との間に凸レンズを
挿入すれば、光学素子１７０を構成するレンズのピッチ
を低減することができる。

【０１６５】光入力ポート１０とコリメータレンズ１７
６との距離、および光出力ポート１４とコリメータレン
ズ１７８との距離は、後述するようにレンズ１７６と可
動ミラー１６６との距離、およびレンズ１７８と可動ミ
ラー１６８との距離よりも著しく近くすると可動ミラー
１６６、１６８の制御誤差が低減される。

【０１６６】この構成によれば、ファイバ２８からの光
は、レンズ１７６によって集光され、ミラー１６６にむ
かって、偏向（固定角度）される。そして、入力側可動
ミラー１６６によって、光は所望の出力側可動ミラー１
６８の方向に偏向される。途中、入力側可動ミラー１６
６で反射された光は、光学素子１７０によって集光され
る。出力側可動ミラー１６８によって、光は所望のコリ
メータレンズ１７８の方向に偏向される。コリメータレ
ンズ１７８で集光された光は、レンズ１７８に対応する
光出力ポート１４に接続された光ファイバ３０に入力さ
れる。

【０１６７】このように、レンズ１７０より後側の出力
側は、ミラー１６８、レンズ１７８、ファイバ３０によ
って、入力側光スイッチ要素の動作の順序とは逆の順序
で動作が行われる。このため、レンズ１７６、１７８
は、集光と偏向が可能なホログラムタイプであることが
望ましい。

【０１６８】このようにすれば、光ファイバ２８、３０
の入力または出力端の配置をレンズ１７６、１７８、１
７０と平行にすることができるため、すべての光ファイ
バ２８、３０からの光をミラー１６６または、１６８上
でコリメート光の最小径とする（集光する）ことが可能
となる。

【０１６９】レンズ１７６もしくは１７８によって集光
され、偏向された光束の、可動ミラー１６６もしくは、
光ファイバ３０上における中心位置は、偏向角がずれて
も集光位置の変動は殆ど無い。光ファイバへの入力角度
変動はあるが、これは集光の位置の変動よりも影響が小
さいためにロス変動は小さく抑えられる。

【０１７０】次に、図２１および図２２を参照して、誤
差の光線行列による解析を行う。図２１（Ａ）には、図
２０に示した光スイッチのうちの可動ミラー１６６、光
学素子１７０および可動ミラー１６８の部分が示されて
いる。図２１（Ｂ）および図２２には、図２０に示した
光スイッチのうちの可動ミラー１６８、コリメータレン
ズ１７８および光ファイバ３０の部分が示されている。

【０１７１】光線行列による解析では、光線位置および
光線角度を成分とするベクトル（光線位置、光線角度）
が用いられる。また、ある光学系を通った光線がどう変
化するかを記述する２×２行列（Ｍ）が光線行列として
用いられる。行列（Ｍ）の、第１行第１列成分、第１行
第２列成分、第２行第１列成分および第２行第２列成分
をそれぞれｍ１１、ｍ１２、ｍ２１、ｍ２２と表す。

【０１７２】図２１（Ａ）の場合、可動ミラー１６６と
光学素子（レンズ）１７０との間の光線行列は下式（２
３ａ）〜（２３ｄ）で表される。

【０１７３】ｍ１１＝１−Ｌ／（２ｆ）・・・（２３ａ）ｍ１２＝Ｌ−Ｌ² ／（４ｆ）・・・（２３ｂ）ｍ２１＝−１／ｆ・・・（２３ｃ）ｍ２２＝１−Ｌ／（２ｆ）・・・（２３ｄ）ここで、ｆはレンズ１７０の焦点距離である。また、ミ
ラー１６６とレンズ１７０との距離、およびレンズ１７
０とミラー１６８との間の距離は共にＬ／２である。Ｌ
／２＝２ｆの場合には、光線行列は下式（２４ａ）〜
（２４ｄ）で表される。

【０１７４】ｍ１１＝−１・・・（２４ａ）ｍ１２＝０・・・（２４ｂ）ｍ２１＝−４／Ｌ・・・（２４ｃ）ｍ２２＝−１・・・（２４ｄ）よって、ミラー１６６の角度によってミラー１６８上で
の位置ずれが生じることが無くなる。ミラー１６６の角
度によって、ミラー１６８上での焦点位置ずれから生じ
る角度ずれを無くすこともできる。

【０１７５】光ファイバ３０への光の入力角度をθe と
し、光ファイバ３０の入力端面における光束の位置ずれ
をδとし、ミラー１６８の角度をθ_cntとすると θe ＝−４δ／Ｌ−θ_cnt ・・・（２５）が成り立つ。

【０１７６】図２１（Ｂ）の場合、ミラー１６８と光フ
ァイバ３０との間の光線行列は下式（２６ａ）〜（２６
ｄ）で表される。

【０１７７】ｍ１１＝１−ｄ／ｆ・・・（２６ａ）ｍ１２＝ｄ₁＋ｄ−ｄ₁ｄ／ｆ・・・（２６ｂ）ｍ２１＝−１／ｆ・・・（２６ｃ）ｍ２２＝１−ｄ₁／ｆ・・・（２６ｄ）ここで、ｄ₁はミラー１６８とレンズ１７８との間の距
離を表し、ｄはレンズ１７８と光ファイバ３０の入力端
面との間の距離を表している。１／ｄ＋１／ｄ ₁＝１／
ｆの場合、ｍ１２＝０となり、ミラー１６８の角度によ
って光ファイバ３０での焦点位置が変化することが無く
なる。このとき、光線行列は下式（２７ａ）〜（２７
ｄ）で表される。

【０１７８】ｍ１１＝−ｄ／ｄ₁・・・（２７ａ）ｍ１２＝０・・・（２７ｂ）ｍ２１＝−１／ｆ・・・（２７ｃ）ｍ２２＝−ｄ₁／ｄ・・・（２７ｄ）ｄ／ｄ₁を小さくすることによって、図２２に示したよ
うな光束の位置ずれδによる像の位置ずれχe ＝ｄ／ｄ
₁δを小さくすることが可能である。また、光ファイバ
３０に入力する光の入力角度θe は θe ＝−δ／ｆ−θ_cntｄ₁／ｄ・・・（２８）で表される。

【０１７９】角度θe もミラー１６８の角度θ_cntを調
整することによって実質的に０度にすることが可能であ
る。

【０１８０】一般的に光ファイバ３０の入力許容角度は
１．５度程度あり、マイクロマシンミラーの可能偏向角
（６〜１０度）に比べて大きい。そのため、焦点位置δ
の許容誤差（１μｍ）よりも条件がゆるいと考えられ
る。また、δに対してｆとＬが充分大きければθe は無
視できるほど小さくなる。

【０１８１】レンズ１７６、１７８を半固定の可動型と
することにより、組み立て時に光ファイバ２８、３０の
位置がずれていても、ミラー１６６、１６８での光束の
スポット位置を中心にもってくることが可能である。レ
ンズ１７６、１７８は位置合わせ終了後は動かさず、光
路の切り替えはミラー１６６、１６８により行う。ある
いはｍ１２＝ｄ₁＋ｄ−ｄ₁ｄ／ｆ＝ｄe を微小量とする
ことによって、ミラー１６６、１６８の粗い角度制御で
わずかな焦点位置変化を得ることが可能になる。よっ
て、組み立て精度の調整が可能となる。

【０１８２】以上説明したように、この実施の形態の光
スイッチによれば、光学素子１７０を構成するレンズの
いずれかを選択するようなミラー１６６、１６８の大き
な角度変化で光路切り替えがなされる。レンズ１７０に
当てられていさえすれば光束の厳密な位置は問題となら
ないため、ミラー１６６、１６８の角度制御精度が緩和
される。このため、ミラー切り替えを高速で行うことが
可能となる。

【０１８３】また、図２３には、第５の実施の形態の光
スイッチの第１変形例が示されている。図２０に示した
光スイッチでは、レンズ１７０のピッチがミラー１６
６、１６８のピッチの２分の１であったが、図２３には
これらのピッチが概略等しい例が示されている。そのた
めに、ミラー１６６、１６８に対応するミラー１８２、
１８４のピッチが図２３の例では図２０の例に比べて小
さくなっている。また、光学素子１７０の代わりに、ホ
ログラムのような偏向機能と集光機能とを合わせ持つ光
学素子（レンズ）１８０が用いられている。この例で
は、光学素子１８０を構成するレンズが、入力側光偏向
素子（可動ミラー１８２）および出力側光偏向素子（可
動ミラー１８４）間における光経路に対応して個別に設
けられる。

【０１８４】図２３中の光路１８６に注目する。図２０
ではこの光路に対応する光路を伝搬する光が、ミラー１
６６で反射された後、最も左側のレンズ１７０に入って
いる。しかし、図２３の光路１８８ａのように、光路１
８６を進む光がミラー１８２で反射された後に、ここで
は中央より一つ左のレンズ１８０に入るようにする。ま
た、光路１８６を進む光のうち、ミラー１８２で反射さ
れた後に最も左のレンズ１８０に入る光路１８８ｂを進
む光は、集光と偏向を受け、図２０の場合と同じく最も
左のミラー１８４に入るようにする。ミラー１８２、１
８４の動作で角度を図中の左右（１８８ａ側および１８
８ｂ側）に振れるようになるため、チャネル数が倍にな
る。また、ミラー１８２を搭載した基板１７２と、ミラ
ー１８４を搭載した基板１７４とを小型化できる。

【０１８５】また、図２４には、第５の実施の形態の光
スイッチの第２変形例が示されている。図２４に示した
光スイッチでは、表面に反射面を有した光学素子１９０
が図２０の光学素子１７０の代わりに設けられる。その
結果、入出力ポートの共通化が図れる。したがって、出
力側の可動ミラー１６８、コリメータレンズ１７８、光
ファイバ３０などは不要である。

【０１８６】次に、第６以降の実施の形態を説明する
が、これらの実施例の目的を説明するために、この発明
の第１〜第５の実施の形態における改良すべき点を述べ
る。そのため、上述した各実施の形態の構成において、
光偏向素子を基板上に配置した場合、基板の周縁側にあ
る素子に注目する。

【０１８７】例えば図１の光スイッチにおいて、入力側
光スイッチ要素１２を構成する光偏向素子群２０のうち
で、基板の上部の縁に近い位置にある光偏向素子１８ｂ
が、出力側基板のポート１４を選択する場合を考える。
ここでは、新たに図１と同様の図２６を参照して説明す
る。

【０１８８】このとき水平方向Ｘ以下の偏向角、すなわ
ち例えば図２６中における水平方向（Ｘ方向）に対し、
下向き方向（Ｙ方向）の光束の偏向角θｘで光束を偏向
する必要があり、水平方向Ｘ以上、即ち例えば図２６中
における、水平方向（Ｘ方向）に対し、上向き方向（Ｙ
方向）の光束の偏向角θｘ’はムダになる。

【０１８９】一方、基板の中央付近にある偏向素子に注
目すると、このような偏向角θｘ、θｘ’、すなわち上
下方向Ｙの偏向は可能である。

【０１９０】出力側スイッチ要素１６における、基板の
一番上に位置する光偏向素子群２４から、基板の一番下
に位置する光偏向素子群２４までの垂直方向（Ｙ方向）
の長さをＬ_Sとし、光偏向素子１８ｂから対向する基板
において同じ位置にある光偏向素子２２ａまでの水平方
向（Ｘ方向）の距離をＬとする。

【０１９１】このとき、上述したような基板の周縁側に
ある光偏向素子においては、必要とする偏向角はＬ_S／
Ｌである。それに対し、基板の中央付近に位置する偏向
素子では、上下方向Ｙの偏向が可能であるため、必要と
する偏向角は、Ｌ_S／（２Ｌ）となり基板の周縁側にあ
る偏向素子の半分でよい。

【０１９２】よって、上下方向Ｙでは、基板の中央付近
に位置する一つの素子で可能なチャネル数は、基板の周
縁側付近に位置する一つの素子と比べて、２倍のチャネ
ル数となる。

【０１９３】すなわち、基板の周縁側に位置する一つの
偏向素子において可能なチャネル数は、中央付近に位置
する一つの素子の４分の１である。

【０１９４】これは、第１〜第５の実施の形態に共通で
ある。すなわち、これらの光スイッチにおいて、光入力
側のスイッチ要素を構成する素子は、これに対向する光
出力側のスイッチ要素を構成する真向かいの素子から、
出力基板の反対側の周縁側にある素子までの角度とし
て、垂直を境にした半分の空間しか使用しない。そのた
め、素子の取り得る可能な偏向角の半分しか使用してい
ないという改良すべき点があった。第６以降の実施の形
態はこの点を鑑みて成されたものである。以下、この第
６の実施の形態より順に説明する。

【０１９５】［第６の実施の形態］図２７に、第６の実
施の形態の構成例を示す。この光スイッチ２７００は、
複数個の光入力ポート２７０２を有する入力側スイッチ
要素２７０４と、複数個の光出力ポート２７０６を有す
る出力側スイッチ要素２７０８とを備えている。この光
スイッチ２７００において、光入力ポート２７０２のい
ずれかに入力された光信号は、光出力ポート２７０６の
いずれかから出力する。

【０１９６】また、この光スイッチ２７００は、入力側
スイッチ要素２７０４と、出力側スイッチ要素２７０８
との間に配設されていて、入力ポート２７０２からの各
光信号が、入射光として入射され、かつ、入射光に対応
する出射光を、光線束の中心光路が互いに平行となるよ
うに、出射させる光学素子２７１０が設けられている。

【０１９７】この光学素子２７１０が透過型か反射型か
によって、入力ポート２７０２及び出力ポート２７０６
の位置は変化する。光学素子２７１０として、一枚で構
成される凸レンズ、或いはホログラムが用いられること
が好ましいが、ここでは、凸レンズを用いた例につき説
明する。

【０１９８】また、この光スイッチ２７００において、
入力側スイッチ要素２７０４は、光学素子２７１０の焦
平面に配置されている。ここでは、焦平面とは光学素子
２７１０の焦点を通り、中心軸に直交している面であ
る。よってこの光学素子２７１０と入力側スイッチ要素
２７０４間の距離は、光学素子２７１０の焦点距離ｆ₂₇
となる。

【０１９９】一方、光学素子２７１０を挟んでその前後
の対称の位置に、出力側スイッチ要素２７０８と入力側
スイッチ要素２７０４とを配置すれば、すべての入力ポ
ート２７０２から出射した光を、出力側スイッチ要素２
７０８に集めることができる。よって、この光学素子２
７１０と出力側スイッチ要素２７０８間の距離は、光学
素子２７１０の焦点距離ｆ₂₇となる。

【０２００】ここで、複数個の入力ポート２７０２の各
々は、これら入力ポートに対応付けられた入力側レンズ
系２７１２を有している。また、複数個の出力ポート２
７０６の各々は、これら出力ポートに対応付けられた出
力側レンズ系２７１４を有している。入力側レンズ系２
７１２から出力側スイッチ要素２７０８へ光が出射する
面ｚ₀、及び出力側スイッチ要素２７０８における入力
側レンズ系２７１２からの光が入射する面ｚ₁には、そ
れぞれ凹レンズ２７１６が設置されている。

【０２０１】図２７に示した各部を繋ぐ直線は、各部に
おける光束の形状を概略的に表したものである。この光
束の形状を参考にしながら、各部の動作について説明す
る。

【０２０２】この光スイッチ２７００において、入力側
スイッチ要素２７０４から出た光束（ビーム）は、凸レ
ンズ２７１０によって集光され、出力側スイッチ要素２
７０８に入射される。ここで、入力側レンズ系２７１２
から出射した光が光信号出射面ｚ₀上にある点から発散
するような光であると、凸レンズ２７１０の後で平行光
になってしまう。そこで、入力側レンズ系２７１２の光
が出射する面ｚ₀に、凹レンズ２７１６を設けてある。

【０２０３】更に、図２７に示したように、この凹レン
ズ２７１６に入射する光が平行光であるとする。そし
て、この平行光は凹レンズ２７１６を通過後、発散さ
れ、凸レンズ２７１０に入射される。この凸レンズ２７
１０内では光は平行光となっている。

【０２０４】さらに、出力側レンズ系２７１４の光が入
射する面ｚ₁に、凹レンズ２７１６を設ければ、この凹
レンズ２７１６を通過した光の形状は、図２７に示した
ように、光が出射する面ｚ₀に設けられた凹レンズへの
入射光と同一の平行光となっている。

【０２０５】つぎに、図２９に、光学素子として凸レン
ズ２７１０のかわりに球面凹面鏡を用いた例を示す。こ
の場合には入力側スイッチ要素と出力側スイッチ要素は
共用する。よって、ここでは説明のため、これらを総称
して入出力側スイッチ要素２９０４とする。

【０２０６】これらスイッチ要素は、凹面鏡２９１０の
焦点面内の位置に設ける。焦点面とは凹面鏡２９１０の
焦点を通り、中心軸に直交している面である。

【０２０７】尚、光学素子２９１０から入出力側スイッ
チ要素２９０４内の偏向素子までの距離は、光学素子２
９１０の焦点距離ｆ₂₉となる。

【０２０８】ここで、図中直線で示した矢印は、入出力
側スイッチ要素２９０４から出射した光線束の形状、ま
た図中点線で示した矢印は、入出力側スイッチ要素２９
０４へ入射する光線束の中心光路を概略的に示してい
る。

【０２０９】この実施の形態において、入出力ポート２
９０２から出射した別々の出射角の光束は、凹面鏡２９
１０で反射されて、別々の入出力ポート２９０２に入射
される。この場合、凹面鏡２９１０で反射された各光線
束の中心光路は、互いに平行になっている。

【０２１０】ところで、図２７及び図２９に示したよう
な光スイッチにおいて、入力側スイッチ要素と出力側ス
イッチ要素は、互いに構成が同一のものを用いる。

【０２１１】ここで、入力側スイッチ要素２７０４の構
成を代表して、図２８に示す。

【０２１２】このレンズ系は、固定レンズ２８００と、
可動ミラー２８０２とから構成される。

【０２１３】尚、２８００を可動レンズで構成する場合
があっても良い。この場合、可動レンズは、入力側スイ
ッチ要素２７０４においては、光ファイバに対する光信
号の入射方向に垂直な面内で、そして、出力側スイッチ
要素２７０８においては、出射方向に垂直な面内で移動
が可能のものである。すなわち、この構成例では、可動
レンズを用いたとき、この可動レンズは、基板２８０６
の基板面と平行となるように設けられていて、基板面と
平行な方向に移動可能としてある。

【０２１４】一方、可動ミラー２８０２は、入力側スイ
ッチ要素２７０４においては光信号の入射光線の中心光
路を、出力側スイッチ要素２７０８のいずれか一つの可
動ミラー２８０２に向けて、反射させるように回転制御
される。また、出力側スイッチ要素２７０８において
は、光信号の反射光線の中心光路を入力側スイッチ要素
２７０４のいずれか一つの可動ミラー２８０２に向けて
反射させるように、回転制御される構成となっている。

【０２１５】また、図２７の光入力ポート２７０２への
光入力手段として、図２８の光ファイバ２８０４が用い
られる。この光ファイバ２８０４の出力端面が、図２７
において光入力ポート２７０２に接続されている。

【０２１６】図２８（Ａ）に、この実施の形態において
用いる入力側スイッチ要素２７０４の第１の形態２７０
４ａを示す。

【０２１７】この入力側スイッチ要素２７０４ａに設け
られたレンズ系は、固定レンズ２８００と、基板２８０
６上に複数設けられた可動ミラー２８０２と、これら可
動ミラー２８０２の各々に対応付けて設けられた凹レン
ズ２７１６とで構成されている。この構成は、凹レンズ
２７１６を入力側レンズ系の光が出射する面ｚ₀に設け
たものに対応している。

【０２１８】ここで、可動ミラー２８０２は、基板２８
０６に図示のように集積化されている必要はなく、ひと
つひとつ個別に分離して設けられていてもよい。その場
合はそれぞれのレンズ系２７１２（図２７参照）も一組
ずつ個別に設けられることとなる。

【０２１９】この図２８（Ａ）において、各構成要素間
をつなぐ直線は、各部における光の形状を概略的に示し
たものである。よって、この光の形状を参考にしなが
ら、これより各部の動作について説明する。

【０２２０】この入力側のレンズ系において、光ファイ
バ２８０４からの光は、固定レンズ２８００によって集
光され、凹レンズ２７１６の可動ミラー２８０２側の焦
点に向かって偏向（固定角度）される。よって、固定レ
ンズ２８００は集光と偏向が可能なホログラムタイプで
あることが望ましい。

【０２２１】凹レンズ２７１６を通過した光は平行光と
なる。この平行光は可動ミラー２８０２で反射され、所
望の偏向角を有した平行光になる。この平行光は、凹レ
ンズ２７１６によって発散する光となり、後段の光学素
子２７１０（図２７参照）へ入射される。

【０２２２】つぎに、図２８（Ｂ）に、この実施の形態
において用いる入力側スイッチ要素２７０４の第２の形
態２７０４ｂを示す。

【０２２３】この入力側スイッチ要素に設けられたレン
ズ系は、図２８（Ａ）に示したものと構成がほぼ同様で
ある。よって、構成及び図の各部についての重複する記
載は省略する。

【０２２４】このレンズ系では、凹レンズ２７１６のほ
かに固定レンズ２８００と可動ミラー２８０２との間
に、１枚構成の第２の凹レンズ２８０８を設けてある。
このようにすると、第２の凹レンズ２８０８によって、
光ファイバ２８０４からの光束列の間隔を狭めることが
可能となるため、可動ミラー２８０２の配置を高密度化
して集積規模を挙げることが可能となる。

【０２２５】なお、第６の実施の形態において用いられ
るレンズ系は、図２８（Ａ）及び（Ｂ）に示す構成に限
定されない。これらレンズ系の光が入射する面ｚ₁、及
び光が出射する面ｚ₀に凹レンズを設ける構成であるな
らば、例えば先に説明した、図３における可動レンズを
用いた構成であってもよい。その場合、これらレンズ系
の光が入射する面及び光が出射する面に設けられる凹レ
ンズを二枚目の可動レンズとするのが好ましい。

【０２２６】次に、図３０に光学素子としてホログラム
３０１０を用いた例を示す。この光スイッチ３０００の
基本的な構成は、図２７に示した構成と同様である。よ
って、図３０中において、構成及び図の各部についての
重複する説明は省略する。

【０２２７】なお、光スイッチ３０００において、各入
力側レンズ系３０１２、及び各出力側レンズ系３０１４
とも構成は同一である。よって、図３０においては、入
力側レンズ系３０１２を代表して、符号を付して構成要
素を示した。

【０２２８】この光スイッチ３０００において、入力側
および出力側におけるレンズ系３０１２、３０１４に設
けられた図示の各可動ミラー２８０２に対して、入出力
する光束の中心光路が、同一面（ここでは図示の紙面）
内にくる。よって、入力側および出力側におけるレンズ
系３０１２、３０１４に設けられた各可動ミラー２８０
２は、一板の基板に集積化できる。また、固定レンズ２
８００と光学素子３０１０とに対して、入出力する光束
の中心光路が、同一平面内に並べられるため、固定レン
ズ２８００と光学素子３０１０をホログラム３０１０で
一体に基板に作製することが可能となる。

【０２２９】つぎに、図３１を参照してこれらのレンズ
系を基板の上に集積化する方法の例を示す。

【０２３０】図３１（Ａ）は、基板上に集積されたレン
ズ系の配置状態を説明するための図である。図３１
（Ｂ）は、このレンズ系の構成要素の配置関係の説明図
であり、図３１（Ａ）は、図３１（Ｂ）のＡ−Ａ’線に
沿った断面を、矢印の方向より見た図に相当する。ま
た、この実施の形態においては、入力側及び出力側で同
じ構成のスイッチ要素を用いる。よって、ここでは入力
側スイッチ要素３１００におけるレンズ系に注目して、
これについて説明する。

【０２３１】図３１（Ａ）において、凹レンズ２７１６
がホログラム３１０２ａ，３１０２ｂとともに集積され
ている基板を基板ａ３１０４とする。また、可動ミラー
２８０２が設けられている基板を基板ｂ３１０６とす
る。そして、基板ａ３１０４、基板ｂ３１０６の裏面側
から表面にまで設けられた光ファイバ２８０４より光信
号は入力する。

【０２３２】ここで、ホログラム３１０２ａ，３１０２
ｂ，凹レンズ２７１６が設けられた基板ａ３１０４は、
基板ｂ３１０６に対して、図３１（Ｂ）のように配置さ
れる。すなわち、マトリックス状に配列された凹レンズ
２７１６に対して、ホログラム３１０２ａは、一部分の
ホログラムは凹レンズと重なり、残りのホログラム３１
０２ｂは凹レンズの隙間を埋めるように、やはりマトリ
ックス状に配置される。

【０２３３】更に可動ミラー２８０２を設けた基板ｂ３
１０６は、各可動ミラー２８０２が、基板ａ３１０４に
設けられたホログラム３１０２ａ、３１０２ｂ及び凹レ
ンズ２７１６と向かい合うように、基板ａ３１０４に対
して設置される。この配置により、高密度で凹レンズ２
７１６を並べることができる。

【０２３４】ここで、図３１（Ａ）に示した各構成要素
間をつなぐ直線は、各部における光の形状を概略的に表
すものである。この光の形状を参考にして、各部の動作
について説明する。

【０２３５】光ファイバ２８０４を出た光信号は、入射
光としてホログラム３１０２ｂで反射されるとともに平
行光となり、可動ミラー２８０２に入射する。そして、
可動ミラー２８０２で反射された光は、基板ａ３１０４
に設置されているホログラム３１０２ａと、凹レンズ２
７１６を通過する。このとき凹レンズ２７１６を通過し
た光は発散すると共に、ホログラム３１０２ａによっ
て、基板ａ３１０４に対して垂直方向に出射されること
になる。

【０２３６】次に、図３２を参照しながら、第６の実施
の形態について行列表現による解析を行う。

【０２３７】図３２は、この実施の形態におけるレンズ
系と光学素子とを含む光学系における各部の動作を説明
するための図である。

【０２３８】図３２（Ａ）は、この実施の形態における
入力側スイッチ要素３２０４の、入力側レンズ系の光が
出射する面に設置された凹レンズ２７１６と、光学素子
３２１０について、これらにおける光線束の形状を各部
をつなぐ直線３２０２、３２０６、３２０８で概略的に
示したものである。

【０２３９】また、図３２（Ｂ）は、入力側スイッチ要
素３２０４の入力側レンズ系に設けられた可動ミラー２
８０２と、その光が出射する面に設置された凹レンズ２
７１６、及び光学素子３２１０について、これらにおけ
る光線束の中心光路の形状を直線３２１４ａ、３２１４
ｂ、３２１４ｃ、矢印３２１６ａ、３２１６ｂ、３２１
６ｃ及び３２１８ａ、３２１８ｂ、３２１８ｃで、概略
的に示したものである。

【０２４０】また、この第６の実施の形態において、入
力側及び出力側スイッチ要素の構成は同一である。

【０２４１】図３２（Ａ）において、レンズ系の光が出
射する面に置かれた凹レンズ２７１６への入射光３２０
２は、平行光である。そして、この平行光３２０２は凹
レンズ２７１６を通過後発散された光３２０６となり、
光学素子３２１０に入射する。光学素子３２１０内部３
２１２の中央では平行光３２０８となっている。

【０２４２】図３２（Ｂ）において、レンズ系に可動ミ
ラー２８０２を設けたとき、光線束の中心光路３２１４
ａ、３２１４ｂ、３２１４ｃに対応するそれぞれの光の
うち、可動ミラー２８０２に対して所望の角度に偏向さ
れた光を得ることができる。

【０２４３】ここで、図３２（Ａ）において、ｆ₃₂を凹
レンズ２７１６とその虚焦点までの距離、ｆ’₃₂を光学
素子３２１０の焦点距離、図３２（Ｂ）において、ｄ₃₂
を可動ミラーから凹レンズ２７１６までの距離、ｄ’₃₂
を凹レンズ２７１６から光学素子３２１０までの距離と
する。

【０２４４】図３２（Ａ）の動作に対応した光線行列を
求めると、その行列要素は、ｍ１１＝１＋ｄ’₃₂／ｆ₃₂・・・（２９ａ）ｍ１２＝ｄ₃₂＋ｄ’₃₂＋ｄ’₃₂ｄ₃₂／ｆ₃₂・・・（２９ｂ）ｍ２１＝−１／（２ｆ’₃₂）＋１／ｆ₃₂−ｄ’₃₂／（２ｆ’₃₂ｆ₃₂）・・・（２９ｃ）ｍ２２＝−ｄ₃₂／（２ｆ’₃₂）＋［１−ｄ’₃₂／２ｆ’₃₂］（１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂ ）・・・（２９ｄ）と表される。

【０２４５】凹レンズ２７１６への平行光（入射角＝
０）３２０２が、光学素子３２１０の中点で平行光３２
０８となるためには、ｍ２１＝０となる必要がある。

【０２４６】したがって、 −１／（２ｆ’₃₂）＋１／ｆ₃₂−ｄ’₃₂／（２ｆ’₃₂ｆ₃₂）＝０・・・（３０）一方、図３２（Ｂ）の動作に対応した光線行列を求める
と、ｍ１１＝１＋ｄ’₃₂ｄ₃₂／ｆ₃₂・・・（３１ａ）ｍ１２＝ｄ₃₂＋ｄ’₃₂＋ｄ’₃₂ｄ₃₂／ｆ₃₂・・・（３１ｂ）ｍ２１＝−１／ｆ’₃₂＋１／ｆ₃₂−ｄ’₃₂／（ｆ’₃₂ｆ₃₂）・・・（３１ｃ）ｍ２２＝−ｄ₃₂／（ｆ’₃₂）＋［１−ｄ’₃₂／ｆ’₃₂］（１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂）・・・（３１ｄ）である。

【０２４７】ここで、図３２（Ａ）の凹レンズ２７１６
から平行光３２０２が出射するとき、凹レンズ２７１６
からそれぞれの偏向角で出射された全ての光線束３２０
６が、光学素子３２１０を通過後、平行光となるために
は、凹レンズ２７１６からの光の出射角が、平行光３２
０２の凹レンズ２７１６における入射角に無依存であれ
ば良い。

【０２４８】よって、（３１ｄ）式において、ｍ２２＝
０より、０＝−ｄ₃₂／（ｆ’₃₂）＋［１−ｄ’₃₂／ｆ’₃₂］（１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂）・・・（３２）を得る。

【０２４９】（３０）と（３２）を同時に満たす条件
は、ｆ₃₂／ｆ’₃₂＝１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂・・・（３３ａ）ｄ’₃₂＝２ｆ’₃₂−ｆ₃₂・・・（３３ｂ）である。

【０２５０】設計可能な極限値は、ｄ₃₂＝０と、ｄ’₃₂
＝０である。このときそれぞれ、ｆ ₃₂＝ｆ’₃₂、ｄ’₃₂
＝ｆ’₃₂とｆ₃₂＝２ｆ’₃₂、ｄ₃₂＝ｆ₃₂が成立してい
る。

【０２５１】入力側及び出力側レンズ系を含めた全体の
系を考えたとき、ｄ’₃₂＝０の極限では光学素子３２１
０に対して凹レンズ２７１６が入出力側から合体し、し
かも、レンズ機能を互いにうち消し合う状態となってお
り、系に何もレンズが入っていない状態と等価となって
しまう。

【０２５２】また、図３２（Ｂ）において、可動ミラー
２８０２による偏向角をθとすると、光学素子３２１０
の後での光束中心位置は、式（３１ａ）〜（３１ｄ）よ
りｍ１２θとなる。（３３ａ）、（３３ｂ）式を用いて
ｄ’₃₂，ｆ’₃₂の式に整理すると、ｍ１２θ＝［２（ｆ₃₂−ｆ’₃₂）＋ｄ’₃₂］θ＝ｆ₃₂θ・・・（３４）を得る。ｄ₃₂＝０の極限では、光学素子３２１０の後で
の光束中心位置はｍ１２θ＝ｄ’₃₂θである。

【０２５３】次に図３３を用いて、光学素子３３１０よ
り出力側において、凹レンズ２７１６が配置されている
光が入射する面ｚ₁での光束の様子を調べる。図３３
も、基本的な図の各部の構成は、図３２の構成と同様で
ある。この図３３は、光学素子３３１０を挟んで形成さ
れる入力側スイッチ要素３３２４ａと出力側スイッチ要
素３３２４ｂの、それぞれに設けられた凹レンズ２７１
６について、光学素子３３１０との関係を示したもので
ある。各部における光線束の中心光路を矢印３３２０
ａ、３３２０ｂ、３３２０ｃ及び３３２２ａ、３３２２
ｂ、３３２２ｃで概略的に表わしてある。

【０２５４】この第６の実施の形態において、光学素子
３３１０と光が出射する面ｚ₀の距離と、光学素子３３
１０と光が入射する面ｚ₁の距離は等しく、この距離を
ｄ₃₃とする。そして、入力側スイッチ要素の光が出射す
る面ｚ₀に設置された凹レンズ２７１６から、出力側ス
イッチ要素の光が入射する面ｚ₁への光線行列を求め
る。

【０２５５】さらに、図３２を参照して求めた今までの
光学素子の焦点距離ｆ’₃₂，凹レンズの虚焦点までの距
離ｆ₃₂，凹レンズと光学素子間の距離ｄ’₃₂の結果を用
いて、ｍ１１＝１−ｄ₃₃／ｆ’₃₂＝ｆ₃₂／ｆ’₃₂−１＝ｄ₃₂／ｆ₃₂・・・（３５ａ）ｍ１２＝ｄ₃₃（２−ｄ’₃₂／ｆ’₃₂）＝ｄ’₃₂（ｆ₃₂／ｆ’₃₂）・・・（３５ｂ）ｍ２１＝−１／ｆ’₃₂・・・（３５ｃ）ｍ２２＝１−ｄ₃₃／ｆ’₃₂＝ｆ₃₂／ｆ’₃₂−１・・・（３５ｄ）となる。

【０２５６】ｄ₃₂＝０の条件（ｆ₃₂／ｆ’₃₂＝０）では
ｍ１１＝０となり、入力ポートの光が出射する面ｚ₀に
設置された凹レンズ２７１６における偏向角のみで、出
力ポートの光が入射する面ｚ₁での光束の位置が決定す
る。

【０２５７】この出力ポートの光が入射する面ｚ₁での
光束の直径Ｒは、凹レンズ２７１６の前の平行光３２０
２の光束の直径をｒとしてＲ＝ｍ１１ｒ＋ｍ１２ｒ／ｆ₃₂・・・（３６）である。式（３６）を（３３ａ）、（３３ｂ）式を用い
て計算すると、この直径Ｒは、ｒすなわち等倍の系にな
っている。

【０２５８】ｄ₃₂≠０では、入力ポートの光が出射する
面ｚ₀に設けられた凹レンズ２７１６での出力位置が、
可動ミラー２８０２の偏向角θで異なるため、出力ポー
トでの光が入射する面ｚ₁でそれに対応した位置に光束
が入射する。

【０２５９】図３３に示すように、入力ポートにおいて
光が出射する面ｚ₀に設けられた２つの凹レンズ２７１
６に注目したとき、これら凹レンズ２７１６の中心間の
距離をＸ₀とする。このとき、入力ポートから出射され
た光束が、出力ポートの光が入射する面ｚ₁上に到達す
る位置は、θ＝０においてこれら凹レンズ２７１６の中
心間距離Ｘ₀に対して、ｍ１１よりＸ₀ｄ₃₂／ｆ₃₂であ
る。これが図３２（Ｂ）における、入力ポートの光が出
射する面ｚ₀に設けられた凹レンズ２７１６における光
の出射位置ｄ₀θと一致する必要がある。

【０２６０】したがって、Ｘ₀にある入力側レンズ系を
選択するには出力側でθ＝Ｘ₀／ｆ₃₂の角度設定をする
必要がある。

【０２６１】入力側凹レンズ２７１６を出た直後の光束
中心３３２０ａ、３３２０ｂ、３３２０ｃはθ（１＋ｄ
₃₂／ｆ₃₂）の角度を有している。

【０２６２】出力ポートにおける光が入射する面ｚ₁で
の光束位置はＹ₁＝ｍ１１（Ｘ₀＋ｄ₃₂θ）＋ｍ１２θ（１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂）＝Ｘ₀ｄ₃₂／ｆ₃₂＋θｄ₃₂ ²／ｆ₃₂＋θｄ₃₃（ｆ₃₂／ｆ’₃₂）（１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂）＝Ｘ₀ｄ₃₂／ｆ₃₂＋θｆ₃₂・・・（３７）である。最後の等式は（３３ａ）、（３３ｂ）式を用い
ている。入出力を入れ替えて考えたとき、前の段落で求
めたθ＝Ｘ₀／ｆ₃₂との整合がとれている。

【０２６３】Ｘ₀の最大値Ｘ_0mに対する出力ポートにお
ける光が入射する面ｚ₁での光束位置Ｘ_0mｄ₃₂／ｆ₃₂に
対して凹レンズ２７１６の半径φ／２が大きい必要があ
る。ｄ ₃₂／ｆ₃₂は小さい方がよい。

【０２６４】この第６の実施の形態の光スイッチにおい
て、達成可能な回線数を見積もる。ここで、図１に示し
たこの発明の光スイッチの構成を振り返って、これを用
いながら説明を行う。

【０２６５】この第６の実施の形態は、図２７に示した
ように入力側レンズ系の光が出射する面ｚ₀には凹レン
ズ２７１６が設けられている。

【０２６６】また、図１に示したような構成のこの発明
の光スイッチにおいては、基板３２、３６、４２、４６
上のサイズは、この凹レンズ２７１６の数を考慮すれば
よい。さらに、入力側スイッチ要素、出力側スイッチ要
素とも構成の同じものをもちいる。よって、一例とし
て、図１において例えば基板３２に注目すると、この基
板のサイズはφＮ^1/2である。

【０２６７】ここで、図３２（Ａ）、（Ｂ）より、凹レ
ンズ２７１６から出射した光の偏向角は、可動ミラー２
８０２後の偏向角の１＋ｄ₃₂／ｆ₃₂倍となる。

【０２６８】したがって、ｄ₃₂≒０では偏向角は保存さ
れる。最大偏向角θ_mとして、最大スキャン幅は２ｄ’
₃₂θ_mとなる。したがって最大スキャン幅が図１の基板
３２、３６、４２、４６のサイズと一致するとして、Ｎ＝（２ｄ’₃₂θ_m／φ）²・・・（３８）となる。

【０２６９】理想的な光学系では、出力側光スイッチ要
素に設けられた光ファイバでの角度ずれによる焦点ずれ
は、δＳ＝ｆδθであるので、δθ／θ_m＝εと誤差を
表示すれば、Ｎ＝［２ｄ’₃₂δＳ／（εｆθ）］²・・・（３９）となる。

【０２７０】ｄ’₃₂／（ｆθ）を充分大きくとることに
よりいくらでもチャネル数を増大することが可能であ
る。

【０２７１】例えば、δＳ＝１μｍ、ε＝０．０１、ｆ
＝０．５ｍｍ、φ＝８０μ、ｄ₁＝１０ｃｍとすると、
Ｎ＝６４万回線となる。θ_mが０．１ｒａｄに限定され
ているときには、Ｎ＝１６万回線である。

【０２７２】［第７の実施の形態］図３４に、第７の実
施の形態の構成を示す。この実施の形態における光スイ
ッチ３４００の基本的な構成は、図２７に示した第６の
実施の形態で説明した構成と同じである。よって、同様
の構成についての重複する説明は省略する。

【０２７３】この光スイッチ３４００においては、光学
素子として、好ましくは凸レンズまたはホログラムを用
いるのが好ましい。ここでは、光学素子として凸レンズ
を用いた例を示す。

【０２７４】この実施の形態の光スイッチ３４００にお
いて、光学素子としての凸レンズは、入力側スイッチ要
素３４０４及び出力側スイッチ要素３４０８間の光経路
に対応して個別に設けられた第１凸レンズ３４１０ｃ
と、この第１凸レンズ３４１０ｃを挟む両側に設けられ
た２つの第２凸レンズ３４１０ａ及び３４１０ｂとの組
合せで構成してある。これら２つの第２凸レンズ３４１
０ａ及び３４１０ｂの形状及び物性は同一とする。

【０２７５】また、入力側レンズ系３４０２及び出力側
レンズ系３４０６は、固定レンズ３４１２及び３４１８
と、可動ミラー３４１４及び３４１６とから構成され
る。

【０２７６】尚、３４１２及び３４１８を可動レンズで
構成する場合があってもよい。この場合、この可動レン
ズは、入力側レンズ系３４０２においては、光ファイバ
に対する光信号の入射方向、そして、出力側レンズ系３
４０６においては、出射方向に垂直な面内で移動が可能
のものである。

【０２７７】一方、可動ミラー３４１４及び３４１６
は、入力側レンズ系３４０２においては光信号の入射光
線の中心光路、出力側レンズ系３４０６においては、光
信号の反射光線の中心光路を含む面に垂直な方向の回転
軸を有する構成となっている。

【０２７８】図３５に、この光スイッチ３４００におけ
る入力側スイッチ要素３４０４と、出力側スイッチ要素
３４０８間の光路の設定の仕方を示す。図２０に示した
ような第５の実施の形態において説明した光学素子と可
動ミラーとの配置関係とは異なり、入力側可動ミラー３
４１４、及び出力側可動ミラー３４１６は第１凸レンズ
３４１０ｃに対して、ひとつおきにではなく、第１凸レ
ンズ３４１０ｃと同じピッチで基板上に配列されてい
る。第１凸レンズ３４１０ｃが順次に接触して連続配列
している場合には、これら両可動ミラー３４１４及び３
４１６もそれぞれ順次に接触して連続配列する。しか
し、第１凸レンズの枚数と両可動ミラーの枚数は一致し
ていなくてもよく、これら枚数は設計に応じた任意好適
な枚数とすればよい。

【０２７９】そして、第１凸レンズ３４１０ｃと第２凸
レンズ３４１０ａ及び３４１０ｂとの組合せレンズ（合
成レンズ）３４１０の焦点位置、すなわち焦平面に、入
力側可動ミラー３４１４をそれぞれ配置する。図３５に
この組合せ凸レンズの焦点距離をｆ₃₄で示してある。

【０２８０】図中、各部を結ぶ点線３５００ａ〜３５０
０ｃ及び点線３５０２ａ〜３５０２ｃ、直線３５０４
ａ、３５０６ａは、各部における光の形状を概略的に示
したものである。すると、この入力側可動ミラー３４１
４のうち、ひとつの可動ミラー３４１４ａに注目する
と、この可動ミラー３４１４ａから放射状に偏向された
光束３５００ａ〜３５００ｃは、第２凸レンズ３４１０
ａ、３４１０ｂの後ろにおいて、平行光束３５０２ａ〜
３５０２ｃに変換される。

【０２８１】この入力側可動ミラー３４１４ａからのす
べての光束３５００ａ〜３５００ｃが、出力側可動ミラ
ー３４１６に到達するように配置を行う。すなわち、合
成レンズ３４１０の中心を通り、光軸に直交する軸（レ
ンズの径方向の軸）を対称軸として、合成レンズ３４１
０の前後で対象の位置の光軸に直交する面内に入力側及
び出力側可動ミラー３４１４、３４１６を配置する。

【０２８２】ここで、この合成レンズ３４１０中に、第
１凸レンズ３４１０ｃを設置しなかったとすると、図３
４に示す入力側レンズ系３４０２に設けられた可動ミラ
ー３４１４を、第２凸レンズだけの合成レンズの焦平面
すなわち焦点位置（あるいは光束の最小径位置）に配置
すると、１つの可動ミラー例えば３４１４ｂから出射し
た光束は、この第２凸レンズだけの合成レンズを通過し
た後で、単純に平行光になってしまう。

【０２８３】さらに、第５の実施の形態で述べたよう
な、入力側可動ミラー３４１４の角度による出力側可動
ミラー３４１６上での焦点位置ずれ、そしてそれによっ
て生じる角度誤差の低減を図るためには、入力側と同様
に出力側可動ミラー３４１６上で焦点を結ばせる必要が
ある。

【０２８４】そのため、光束の偏向方向を決めるための
第２凸レンズ３４１０ａ、３４１０ｂの他に、集光用の
第１凸レンズ３４１０ｃを設ける。第１凸レンズ３４１
０ｃは、第２凸レンズ３４１０ａ、３４１０ｂのような
一枚構造であると、その偏向機能を乱してしまう。この
結果、第１凸レンズ３４１０ｃは設定された光路に対し
て、一つずつ設けるレンズアレイ構造とする。

【０２８５】この合成レンズ３４１０を通過した光を、
出力側可動ミラー３４１６上で焦点を結ばせるために
は、第１凸レンズ３４１０ｃの焦点距離は、第２凸レン
ズ３４１０ａ、３４１０ｂと同一であればよい。第２凸
レンズ３４１０ａ、３４１０ｂと第１凸レンズ３４１０
ｃを組み合わせる（合成する）と、第２凸レンズ３４１
０ａ、３４１０ｂの焦点距離の二分の一の焦点距離とな
る。

【０２８６】そして、入力側可動ミラーのある一つのミ
ラー３４１４ａと、それと対応付けられて基板３４２２
上の同じ位置に配置されている出力側可動ミラー３４１
６ａの間の距離が、第１凸レンズ及び第２凸レンズの合
成焦点距離の二倍の値に等しくなるように、それぞれの
入力側及び出力側可動ミラー３４１４、３４１６を配置
する。

【０２８７】よって、以上のような構成の光スイッチに
おいて、入力側可動ミラー３４１４の、一つのミラー３
４１４ｂに注目したとき、光３５０４ａ、３５０６ａで
示したように、この可動ミラー３４１４ｂから発散する
光３５０４ａは、光３５０６ｂのように、出力側可動ミ
ラー３４１６ａ上に焦点を結ぶように、入力側及び出力
側可動ミラー３４１４、３４１６を配置することができ
る。

【０２８８】入力側可動ミラー３４１４では、光を所望
の第１凸レンズ３４１０ｃに向けて偏向する。光が出力
側可動ミラー３４１６のどの可動ミラーに到達するか
は、この入力側可動ミラー３４１４と、第１凸レンズ３
４１０ｃとの相対位置により、決定される。従って、ど
の位置の第１凸レンズ３４１０ｃを選ぶかによって、出
力ポートが選択される。

【０２８９】入力側可動ミラー３４１４に属する一つの
ミラーと、それと対応付けられて基板３４２２上に設け
られている出力側可動ミラーとの間の距離をＬとする
と、この距離Ｌは、第１凸レンズ３４１０ｃの直径φ
と、Ｌ＜πθ²／λの関係にある。

【０２９０】ここで、図３４に示すような構成の第７の
実施の形態は、図２０に示すような第５の実施の形態に
対して、第２の凸レンズ３４１０ａ、３４１０ｂを導入
する改良を行ったものである。よって、図２０に示すよ
うな構成の第５の実施の形態の光スイッチとの比較を行
う。

【０２９１】いま、図３４に示したような光スイッチ３
４００において、入力側もしくは出力側可動ミラー３４
１４及び３４１６を一辺にＮ^1/2だけ並べ、基板３４２
０もしくは３４２２に平面内でＮ個マトリックス配列し
たとする。

【０２９２】このとき第１凸レンズ３４１０ｃは、これ
ら可動ミラー３４１４もしくは３４１６に対応して、一
辺に（２Ｎ^1/2−１）個だけ並べられる。この第１凸レ
ンズ３４１０ｃの間の配列ピッチをＡφ（Ａは定数）と
すると、基板３４２０及び３４２２の一辺を、ｓ＝Ａφ
Ｎ^1/2とすることができる。

【０２９３】一方、図２０で示すような構成の第５の実
施の形態の光スイッチにおいては、基板１７２及び１７
４の一辺はｓ＝Ａφ（２Ｎ^1/2−１）になっていた。

【０２９４】よって、図１もしくは図２６に示したよう
な光スイッチの各部の配置にあてはめて考えると、第７
の実施の形態の光スイッチにおいては、基板サイズを面
積で４分の１とすることができる。

【０２９５】また、図２０で説明したような第５の実施
の形態において、入力側可動ミラー１６６による最大偏
向角を片側θ_mとしたとき、同様に、図１もしくは図２
６に示したような光スイッチにおける各部の配置にあて
はめて考える。

【０２９６】このとき、マトリックス配列された入力ポ
ートにおいて、周縁側に配置されたポートに設けられた
入力側可動ミラー１６６の偏向角は、θ_m＝２ＡφＮ^1/2
／Ｌ必要としていた。

【０２９７】一方、同様の場合について考えると、この
第７の実施の形態では、図２０に示したような光スイッ
チにおける入力側可動ミラー１６６の偏向角の２倍の偏
向角が使用できるために、θ_m＝ＡφＮ^1/2／Ｌとなる。
すなわち、第７の実施の形態では、第５の実施の形態と
比較して、θ_mは第５の実施の形態の半分でよい。

【０２９８】したがって、同一の最大偏向角θ_mに対し
て、回線数Ｎでは、４倍増加させることが可能となる。
最大偏向角とφ、Ｎの関連はＮ＝［（πθ_mφ）／（λ
Ａ）］²の関係にある。

【０２９９】これは、文献１に開示された技術と同様の
関係である。すなわち、第５の実施の形態において既に
述べたように、この文献１に開示されている光スイッチ
は、可動ミラーの直径の値を２００〜３００μｍに設定
している。一方、図２３に示したような第５の実施の形
態は、光学素子として設けたリレーレンズの直径の値を
これと同一の値としている。これは、第５の実施の形態
と類似の構成をもつ、図３４に示したような第７の実施
の形態における第１凸レンズについても同様である。

【０３００】以上のことから、この発明の第５、第７の
実施の形態の光スイッチについては、可動ミラー３３１
４もしくは３３１６の直径を文献１の値よりも小さくす
ることが可能である点が、文献１に開示された光スイッ
チの構成と異なっている。

【０３０１】［第８の実施の形態における従来例］次
に、この発明の第８の実施の形態における従来例を図２
５（Ａ）に示す。この光スイッチ２５０１０は、従来既
知のものであり、光学素子として固定反射鏡２５０２を
用いている。

【０３０２】これより、この光スイッチ２５０１０につ
いて説明することにより、第８の実施の形態における更
なる課題を明らかにする。

【０３０３】この光スイッチ２５０１０は、入力側スイ
ッチ要素と、出力側スイッチ要素を共用した構成となっ
ている。よって、ここでは説明のため、入力側スイッチ
要素と出力側スイッチ要素を総称して、入出力側スイッ
チ要素２５０００とする。また各部をつなぐ点線は、各
部における光線束の中心光路を概略的に示したものであ
る。

【０３０４】図２５（Ａ）において、入出力側スイッチ
要素２５０００は、光入出力ポート２５０４０ａ〜２５
０４０ｃの各々に対応する可動ミラー２５０６ａ〜２５
０６ｃを基板２５０８上に設けた構成の光学偏向素子２
５１０ａ〜２５１０ｃを備えている。また、コリメータ
レンズ（固定レンズ）２５１２０ａ〜２５１２０ｃは、
光偏向素子２５１０ａ〜２５１０ｃの各々に対応して、
光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃと可動ミラー２５０
６ａ〜２５０６ｃとの間に設置される。すなわち、この
構成においては、前述の構成の光偏向素子２５１０ａ〜
２５１０ｃとコリメータレンズ（固定レンズ）２５１２
０ａ〜２５１２０ｃとで構成されるレンズ系が、各入出
力ポート２５０４０ａ〜２５０４０ｃに形成されてい
る。

【０３０５】そして、これらのレンズ系の中間に、すな
わち入力側スイッチ要素と、出力側スイッチ要素との間
に、光学素子として一枚で構成される固定反射鏡２５０
２が設置されている。

【０３０６】なお、コリメータレンズ（固定レンズ）２
５１２０ａ〜２５１２０ｃは、可動ミラー２５０６ａ〜
２５０６ｃと同様に基板２５０８上に形成することが可
能である。

【０３０７】ここで、この光スイッチ２５０１０におけ
る動作について説明する。

【０３０８】ある入出力ポート２５０４０ａ〜２５０４
０ｃにおいて、光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃから
出射された光は、コリメータレンズ２５１２０ａ〜２５
１２０ｃにより所望の可動ミラー２５０６ａ〜２５０６
ｃ上で偏向され集光される。ここで、図２５（Ａ）に示
すように、光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃからの光
は、コリメータレンズ（固定レンズ）２５１２０ａ〜２
５１２０ｃにより、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃ
へ向かう平行光となる。

【０３０９】そして、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６
ｃにて固定反射鏡２５０２に偏向された後、反射され
る。ここで、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃによる
入射角度の調整により、光は特定の光ファイバ２５１４
ａ〜２５１４ｃに入射されるように偏向される。すなわ
ち、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃを出た光は、固
定反射鏡２５０２により反射され、所望の入出力ポート
２５０４０ａ〜２５０４０ｃに対応した可動ミラー２５
０６ａ〜２５０６ｃへ向かう。その後、可動ミラー２５
０６ａ〜２５０６ｃで所望の光ファイバ２５１４ａ〜２
５１４ｃ方向に光は偏向される。続いて可動ミラー２５
０６ａ〜２５０６ｃからの光は、コリメータレンズ（固
定レンズ）２５１２０ａ〜２５１２０ｃにより光ファイ
バ２５１４ａ〜２５１４ｃの端面に集光される。

【０３１０】複数の光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃ
の端面から出射された光は、コリメータレンズ（固定レ
ンズ）２５１２０ａ〜２５１２０ｃを通って、平行光と
され、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃ上に向かう。
このとき各コリメータレンズ（固定レンズ）２５１２０
ａ〜２５１２０ｃを通過した光束の中心軸は、他の光束
の中心軸に対して、互いに平行となる。

【０３１１】基板２５０８の光学部品等の取り付面は平
坦面であり、この基板２５０８上に取り付けられた可動
ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃのミラー面は、無制御状
態で基板２５０８の表面と平行で且つ互いに同一平面内
にある。この状態における可動ミラー２５０６ａ〜２５
０６ｃにより反射された各光線束の中心光路は、やはり
互いに平行である。

【０３１２】固定反射鏡２５０２が、平面鏡（ミラー）
であれば、反射された各光の光線束の中心光路も、他の
光線束の中心光路に対して互いに平行となる。可動ミラ
ー２５０６ａ〜２５０６ｃが、前述したように無制御状
態であるとき、固定反射鏡２５０２で反射された各々の
光は、固定反射鏡２５０２に入射されるまでと同じ光路
を辿って、再び光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃに入
射される。

【０３１３】このとき、基板２５０８の周縁側にある光
偏向素子である可動ミラー２５０６ａに対応する入出力
ポート２５０４０ａに注目する。可動ミラー２５０６ａ
が無制御状態にあるときは、可動ミラーからの反射光束
は固定反射鏡２５０２に垂直入射する。

【０３１４】一方、光ファイバ２５１４ａから出射した
光を、可動ミラー２５０６ａにおける入射角の調整によ
って、光ファイバ２５１４ｂ、２５１４ｃに入射させる
場合を考える。このとき、可動ミラー２５０６ａの入射
角を調整することにより固定反射鏡２５０２に向かって
偏向させた光線束の中心光路を、２５１４ａの光ファイ
バから出射した光の戻り光の光線束の中心光路に対し
て、片側に、すなわち光ファイバ２５１４ｂ、２５１４
ｃ側に寄せる必要がある。

【０３１５】また、基板２５０８の中央側にある光入出
力ポート２５０４０ｂについて同様に考える。この場合
も、可動ミラー２５０６ｂは無制御状態にあるとする。

【０３１６】このとき、光ファイバ２５１４ｂから出射
した光を、光ファイバ２５１４ａ、または２５１４ｃ
に、可動ミラー２５０６ｂを調整することによって入射
させるためには、２５１４ｂの光ファイバから出射した
光線束の中心光路に対して、可動ミラー２５０６ｂにお
いて反射した光線束の中心光路を、いずれかの両側へ振
る必要がある。すなわち、この光スイッチ２５０１０
は、同一の出力ポートに出力する際に、偏向素子が基板
のどの位置にあるかによって、偏向角が異なるため、駆
動が面倒であるという問題点を有している。

【０３１７】第８の実施の形態は、第６及び第７の実施
の形態と同様の目的を有しているが、更に、上述した従
来例の問題点を鑑み、光スイッチの駆動を容易とするこ
とを目的として成されたものである。

【０３１８】［第８の実施の形態］第８の実施の形態の
光スイッチは、マトリックス配列された複数の入力ポー
トを有する入力側スイッチ要素と、マトリックス配列さ
れた複数の出力ポートを有する出力側スイッチ要素とを
備えている。そして、さらに入力ポートの各々は、これ
ら入力ポートのそれぞれに対応付けられた入力側レンズ
系を有し、出力ポートの各々は、これら出力ポートのそ
れぞれに対応付けられた出力側レンズ系を有している。
この光スイッチは、入力ポート側から出力ポート側に光
信号を出力させる。

【０３１９】さらに、この第８の実施の形態には、入力
側スイッチ要素と出力側スイッチ要素との間に光学素子
が配設されている。ここでは、光学素子として固定反射
鏡を用いた構成例について説明する。

【０３２０】図２５（Ｂ）にこの光スイッチ２５０１の
構成を示す。この光スイッチ２５０１は、第８の実施の
形態の従来例で説明した図２５（Ａ）に示した光スイッ
チ２５０１０と構成はほぼ同一である。よって、ここで
は同一の構成についての重複する説明は省略する。

【０３２１】この図２５（Ｂ）において、各部をつなぐ
点線は、図２５（Ａ）に示した従来の光スイッチ２５０
１０について、各部における光線束の中心光路に対応す
る光路を概略的に示したものである。これと同様に、各
部をつなぐ直線は、第８の実施の形態におけるこの光ス
イッチの動作を示すための、光線束の中心光路を概略的
に示したものである。

【０３２２】尚、図２５（Ｂ）には図示はしていない
が、この第８の実施の形態の光スイッチ２５０１におけ
る各入出力ポート及び入出力側スイッチ要素は、図２５
（Ａ）における各入出力ポート２５０４０ａ〜２５０４
０ｃ、及び入出力側スイッチ要素２５０００と同様の構
成を示すものである。

【０３２３】この光スイッチ２５０１は、固定レンズ２
５１２ａ〜２５１２ｃに固定角度の偏向作用を持たせて
いる。例えば、端側の固定レンズ２５１２ａの中心に対
して、入出力ポートからの光軸延長線（光ファイバの中
心軸の延長線）がポートごとに異なる構成とする。すな
わち、入力光線束それぞれの中心軸が固定レンズの中心
からずれている構成とする。

【０３２４】ここで、図２５（Ｂ）に示したように、こ
の固定レンズ２５１２ａの中心と、光ファイバ２５１４
ａからの光線束の中心光路との間の距離ｇに対して、固
定レンズ２５１２ａの焦点距離をｆ₂₅とすると、固定レ
ンズ２５１２ａによって角度ｇ／ｆ₂₅だけ光は偏向され
る。

【０３２５】そして、可動ミラー２５０６ａ〜２５０６
ｃは無制御状態であるとする。この光スイッチ２５０１
において可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃは基板２５
０８にマトリックス状に配置されている。可動ミラー２
５０６ａ〜２５０６ｃが無制御状態のとき、可動ミラー
２５０６ａ〜２５０６ｃの反射面は、基板２５０８の平
坦な表面（可動ミラーの固着面）に対して平行になって
いる。

【０３２６】光ファイバ２５１４ａ〜２５１４ｃからの
光は、固定レンズ２５１２ａ〜２５１２ｃにて偏向さ
れ、無制御状態の可動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃで
反射され、固定反射鏡２５０２により反射され、再び可
動ミラー２５０６ａ〜２５０６ｃへ向かう。このとき、
固定反射鏡２５０２において反射され可動ミラー２５０
６ａ〜２５０６ｃへ向う光束が、基板２５０８のミラー
アレイの中心側に位置する可動ミラー２５０６ｂへ向か
うように、各固定レンズ２５１２ａ〜２５１２ｃにおけ
る偏向角を調整する。

【０３２７】一方、中央のポートに設けられた光ファイ
バ２５１４ｂより出射した光は、中央の固定レンズ２５
１２ｂの中心を通り、中央のミラー２５０６ｂへ向けて
いるとする。この場合には、固定レンズ２５１２ｂにお
いて光を偏向させる必要はなく、固定反射鏡２５０２か
らの反射光が中央のミラー２５０６ｂに戻る。

【０３２８】以上のような構成の光スイッチ２５０１に
おいて、可動ミラーを一辺にＮ^1/2だけ並べ、基板２５
０８に平面内でＮ個マトリックス配列したとする。そし
て、図１もしくは図２６に示したような光スイッチの配
置を参考にし、これにあてはめて考えると、中央からｉ
番目のレンズ２５１２に必要な偏向角度は、（２ｉ／Ｎ^1/2）Ｌ_s／（２Ｌ）＝ｉＡφ／Ｌ・・・（４０）である。ここでは、φは可動ミラー２５０６の直径、Ａ
は定数である。

【０３２９】尚、この光スイッチ２５０１の構成は図２
５（Ｂ）に示したように、入力側スイッチ要素と出力側
スイッチ要素を共用した構成となっている。よって距離
Ｌは、入出力側スイッチ要素２５００と、固定反射鏡２
５０２間の距離となる。

【０３３０】したがって、光束に対するレンズ位置のず
れ量はｇ＝ｉＡφｆ₂₅／Ｌとなり、最大ずれ量は、Ｎ
^1/2Ａφｆ₂₅／（２Ｌ）である。最大偏向角をθ_mとする
と、これはＮ^1/2Ａφ／（２Ｌ）と表されるので、最大
ずれ量は、ｇ＝ｆ₂₅θ_mである。

【０３３１】通常、光スイッチにおいて使用されている
レンズは、θ_m＝６度程度、ｆ₂₅＝１ｍｍであるので、
ｇ＝１００μｍを得る。これは一般的に用いられている
値、φ＝３００μｍより小さく現実的な値といえる。

【０３３２】このような構成の光スイッチ２５０１にお
いては、入出力ポートからの光は、すべて基板２５０８
上にマトリックス配列された可動ミラー２５０６ａ〜２
５０６ｃの、マトリックスの中心側の可動ミラー２５０
６ｂに向かっている。よって、マトリックス状に配列さ
れた複数の入出力ポートのうち、マトリックスの周縁側
のポートに対応した可動ミラー２５０６ａもしくは２５
０６ｃへ偏向する場合には、無制御状態から左右に可動
ミラー２５０６ａもしくは２５０６ｃの偏向角を振るこ
とで行うことができるようになる。

【０３３３】ここで図３６（Ｂ）には、この第８の実施
の形態における別の実施例を、図３６（Ａ）には、第８
の実施の形態における改良を加える前の構成をもつ光ス
イッチを示している。

【０３３４】これら光スイッチの基本的な構成は図２５
（Ｂ）に示したものと同様である。よって、同じ構成に
ついての重複する説明は省略する。

【０３３５】また、第８の実施の形態における改良を行
う前の光スイッチ３６００ａについて、図３６（Ａ）に
おいて示した各部をつなぐ点線は、その各部の動作を説
明するための、光線束の形状を概略的に示したものであ
る。

【０３３６】また、同様に、図３６（Ｂ）に示した各部
をつなぐ直線３６１４ａ〜３６１４ｃ及び３６１６ａ、
３６１６ｂ、点線３６１８ａ、３６１８ｂは、第８の実
施の形態におけるこの光スイッチ３６００ｂの各部の動
作を説明するための、光線束の中心光路を概略的に示し
たものである。

【０３３７】この光スイッチ３６００ａ、３６００ｂに
おいて、入力側レンズ系及び出力側レンズ系は、焦点距
離の異なる少なくとも２枚の可動レンズ３６０６ａ〜３
６０６ｃ及び３６０８ａ〜３６０８ｃより構成される。

【０３３８】入力側可動レンズ３６０６ａ〜３６０６ｃ
は、光信号の入力方向に垂直な面内で移動可能であり、
また出力側可動レンズ３６０８ａ〜３６０８ｃは、光信
号の出力方向に垂直な面内で移動可能である。

【０３３９】そして、この光スイッチ３６００ａ、３６
００ｂにおいて、入力側スイッチ要素３６０２と、出力
側スイッチ要素３６０４とを同じ構成とする。

【０３４０】ところで、図３６（Ａ）に示した光スイッ
チ３６００ａにおいて、無制御状態の可動レンズ３６０
６ａ及び３６０８ｂの中心軸は、それと対応して設けら
れている光ファイバの延長線上にあった。

【０３４１】ここで、図３６（Ａ）において、可動レン
ズ３６０６ａ及び３６０８ｃは、実線で示したものが無
制御状態の可動レンズであることを示す。また、可動レ
ンズ３６０６ａ及び３６０８ｃは、図１で示したような
この発明の光スイッチにおいて、基板上にマトリックス
状に設けられた入力ポートもしくは出力ポートのうち、
基板の周縁側に配置されたポート内に位置している。こ
れは、図３６（Ｂ）においても同様である。

【０３４２】一方、図３６（Ｂ）に示した光スイッチ３
６００ｂにおいては、入力もしくは出力ポートの位置に
より、無制御状態での可動レンズ３６０６ａ及び３６０
８ｃの中心軸を光ファイバ３６１０ａ及び３６１２ｃの
延長線上からｇだけずらして設置する、という改良を行
っている。

【０３４３】ずらす量は、図２５（Ｂ）の光スイッチに
おいて既に説明したずれ量と同様である。これによっ
て、入力ポートに接続された入力側光ファイバ３６１０
ａの端面から出た光の光束は、各可動レンズ３６０６ａ
〜３６０６ｃ及び３６０８ａ〜３６０８ｃが無制御状態
である場合には、中央側の出力ポートに設置された光フ
ァイバ３６１２ｂへ向かっている。

【０３４４】一方、このような動作は、出力ポートに接
続された出力側光ファイバ３６１２ｃより出射し、この
光ファイバ３６１２ｃに対応して設けられた可動レンズ
３６０８ｃを通過した光束においても同様である。

【０３４５】いま、図３６（Ｂ）において、マトリック
ス配列された入力ポートの周縁側のポートに設けられて
いる、可動レンズ３６０６ａに注目すると、このレンズ
３６０６ａは点線で示したレンズのように、図中矢印ｋ
方向に、この場合には、図の上下方向にずらすことがで
きる。よって、この可動レンズ３６０６ａの移動によ
り、光線束３６１８ａ、３６１８ｂの中心光路を、所望
の可動レンズ３６０８ａまたは３６０８ｃへと向けるこ
とが可能となる。このように、入力側光ファイバ３６１
０ａからの光を、可動レンズ３６０６ａを無制御状態の
位置から、上下方向にずらすことによって、可動レンズ
３６０６ａを通過した光を上下方向に振ることが可能と
なる。

【０３４６】つぎに図３７は、この第８の実施の形態
の、別の構成例を示す図である。この光スイッチ３７０
０の基本的な構成は、第５の実施の形態において説明し
た構成とほぼ同様である。よって、同じ構成についての
重複する説明は省略する。

【０３４７】また、各部をつなぐ直線３７１０ａ〜３７
１０ｃ、３７１８ａ〜３７１８ｃ、３７１２ｂ、また、
一点鎖線３７２４ａ、３７２４ｂ、３７１２ａ、３７１
２ｃは、この光スイッチ３７００の動作を説明するため
に、各部における光線束の中央光路を概略的に示したも
のである。

【０３４８】ここでは、入力及び出力ポート３７０２ａ
〜３７０２ｃ及び３７０４ａ〜３７０４ｃを、それぞれ
のポート間を通常よりも離間配置させ、しかもポート毎
に、入力側及び出力側レンズ系における固定レンズ３７
０６ａ〜３７０６ｃ及び３７０８ａ〜３７０８ｃで偏向
角が異なるように、配置してある。ここで、レンズ３７
０６ａ〜３７０６ｃ及び３７０８ａ〜３７０８ｃは、そ
れぞれ可動レンズで構成される場合があってもよい。

【０３４９】このような構成において、光ファイバ３７
０２ａ〜３７０２ｃからそれぞれ出射し、入力側固定レ
ンズ３７０６ａ〜３７０６ｃをそれぞれ通過した光３７
１０ａ〜３７１０ｃを、可動ミラー３７１４ａ〜３７１
４ｃによって、光３７１８ａ〜３７１８ｃで示すように
偏向させる。この場合、この偏向光３７１８ａ〜３７１
８ｃを、基板３７２２の中央側に位置する可動ミラー３
７１６ｂに向かうように、それぞれの可動ミラー３７１
４ａ〜３７１４ｃを制御する。

【０３５０】また、各入力側レンズ系に設けられた可動
ミラー３７１４ａ〜３７１４ｃのうち、基板３７２０の
中心側に位置する可動ミラー３７１４ｂによって反射さ
れた光は、基板３７２２上に配置された可動ミラー３７
１６ａ〜３７１６ｃのうちのいずれかの可動ミラーに向
かう。そして、これらの可動ミラー３７１６ａ〜３７１
６ｃによって偏向制御され、光３７１２ａ〜３７１２ｃ
で示すように、出力ポート３７０４ａ〜３７０４ｃのう
ちのいずれかのポートへ向かう。

【０３５１】これにより、この光スイッチ３７００にお
いては、どの入力ポート３７０２ａ〜３７０２ｃにおい
ても、光を出射させるときとりうる偏向角の値の範囲が
同じとなる。

【０３５２】また、固定レンズ３７０６ａ〜３７０６
ｃ、３７０８ａ〜３７０８ｃは、偏向作用を有したホロ
グラムで代替してもよい。

【０３５３】ここで、これら第８の実施の形態における
レンズ系の変形例を紹介する。この変形例の構成は、入
力側及び出力側レンズ系に一枚の凸レンズを導入したも
のである。

【０３５４】第８の実施の形態においては、入力側およ
び出力側スイッチ要素に設けられた固定レンズ（或いは
可動レンズ）の中心位置を、光束に対してずらすことで
固定偏向作用を実現していた。しかし、この変形例は、
凸レンズを用いることで、この作用を実現することがで
きる。

【０３５５】この凸レンズの設置の様子を、図３８に示
す。この図において３８０４ａ〜３８０４ｃは各ポート
に設けられた光ファイバを示している。そして、これら
の各々のポートに可動レンズ３８００ａ〜３８００ｃ
が、それぞれ対応づけて設置されている。尚、これらレ
ンズ３８００ａ〜３８００ｃには、固定レンズを用いる
場合があってもよい。

【０３５６】凸レンズ３８０２は、これらの可動レンズ
より出射した光束を通過させることができるように、可
動レンズ３８００ａ〜３８００ｃの後に設置されてい
る。

【０３５７】ここで、各部をつなぐ直線、及び点線は、
各部の動作を説明するために、光束の形状を概略的に示
したものである。光線束の中心光路３８０６は、凸レン
ズ３８０２の集光作用によってある中心へと向かう線群
となる。その角度は、凸レンズ３８０２の中心点Ｏを通
る一点鎖線を基準にした各光ファイバの位置をＧとし
て、凸レンズ３８０２の焦点距離をＦ₃₈とすれば、Ｇ／
Ｆ₃₈で表される。

【０３５８】具体的に、凸レンズ３８０２はつぎのよう
に設置される。例えば図３７における入力側スイッチ要
素を参照すれば、この凸レンズ３８０２は、可動レンズ
３７０６ａ〜３７０６ｃと、可動ミラー３７１４ａ〜３
７１４ｃとの間に設けられる。この変形例の構成におい
て、可動ミラー３７１４ａ〜３７１４ｃは、凸レンズ３
８０２からの距離が、凸レンズ３８０２の焦点距離Ｆ₃₈
と等しくなるように設置されている。

【０３５９】図３８において、光ファイバ３８０４ａか
ら出た光３８０８ａ、３８０８ｂは、可動レンズ３８０
０ａと凸レンズ３８０２の両方によって、集光される。
ここで、可動レンズ３８００ａ〜３８００ｃはすべて物
性が等しいものを使用する。よって、これらの可動レン
ズ３８００ａ〜３８００ｃの焦点距離は同一である。こ
の焦点距離をｆ₃₈とすると、可動レンズ３８００ａ〜３
８００ｃと凸レンズ３８０２との合成焦点距離は、ｆ₃₈
Ｆ₃₈／（ｆ₃₈＋Ｆ₃₈）である。

【０３６０】可動レンズ３８００ａ〜３８００ｃを通過
して、その後、さらに凸レンズ３８０２を通過した光束
が、平行光となるためには、可動レンズ３８００ａ〜３
８００ｃと凸レンズ３８０２の復合レンズ中心と光ファ
イバ３８０４ａ〜３８０４ｃの距離をこの合成焦点距離
と等しくする。Ｆ₃₈＞＞ｆ₃₈であれば、合成焦点距離
は、ほぼｆ₃₈に等しくなる。

【０３６１】［第９の実施の形態］この発明の第９の実
施の形態の構成を図３９に示す。この光スイッチ３９０
０は、複数個の光入力ポートを有する入力側スイッチ要
素と、複数個の光出力ポートを有する出力側スイッチ要
素とを備え、光入力ポートのいずれかに入力された光信
号を、光出力ポートのいずれかから出力させる。

【０３６２】入力側スイッチ要素は、第１及び第２光ユ
ニット３９０２、３９０４を備え、出力側スイッチ要素
は、第３及び第４光ユニット３９０６、３９０８を備え
ている。

【０３６３】第１光ユニット３９０２は、入力側導光路
３９１８と、入力側導光路３９１８からの光信号を集光
する入射側レンズ系３９２０との組合せを、光入力ポー
トの各々に対応付けて複数対備えている。

【０３６４】また、第２光ユニット３９０４は、これら
レンズ系と対応付けて設けられている。そして、これら
レンズ系からの光信号を反射させる複数の第１可動ミラ
ー３９２２を備えている。

【０３６５】また、第３光ユニット３９０６は、第２光
ユニット３９０４の第１可動ミラー３９２２からの光信
号を個別に反射させる複数の第２可動ミラー３９２６を
備えている。

【０３６６】第４光ユニット３９０８は、第２可動ミラ
ー３９２６からの光信号を集光する出射側レンズ系３９
２８と、このレンズ系から光信号が入射する出力側導光
路３９３０との組合せを、光出力ポートの各々に対応付
けて複数対備えている。

【０３６７】これら、第１、第２、第３、第４光ユニッ
ト３９０２〜３９０８は、共通の基板３９３２上に設け
られているのが好ましい。

【０３６８】また、この実施の形態の光スイッチ３９０
０において、第１光ユニット３９０２内は、入力側導光
路３９１８が第１基板３９１０に固定されており、同様
に入射側レンズ系３９２０も第２基板３９１２に固定さ
れており、第４光ユニット３９０８内は、出射側レンズ
系３９２８が第３基板３９１４に固定されており、同様
にして出力側導光路３９３０も第４基板３９１６に固定
されている。

【０３６９】この光スイッチにおいて、第１基板から第
４基板３９１０〜３９１６は、熱膨張係数が小さいか、
同一の基板であることが好ましい。

【０３７０】また、他の好適な例として、第１基板から
第４基板３９１０〜３９１６は、共通基板３９３２より
熱膨張係数が小さいか、或いは同一である。

【０３７１】この第９の実施の形態における熱膨張係数
の具体的な値は、１０^-7以下のオーダーであることが望
ましい。

【０３７２】この光スイッチ３９００における各部の動
作を説明する。ここで、この光スイッチ３９００の動作
を説明するために、図３９に各部をつなぐ直線及び矢印
３９３４〜３９３８として、光束の形状を概略的に示
す。また、図３９に示すように、共通基板３９３２の横
方向をＸ₁、長さ方向をＹ₁とする。

【０３７３】この光スイッチ３９００において、入力ポ
ートに設けられた入力側導光路３９１８である光ファイ
バの端面より、光信号が出力される。この光信号は、図
３９中に示した矢印３９３４のように、第２基板３９１
２に設けられた可動レンズ３９２０へ光として入射し、
コリメートされ、基板３９２４ａに設けられた第１可動
ミラー３９２２方向に向かう。

【０３７４】そして、この第１可動ミラー３９２２での
光の入射角及び反射角、すなわちミラー面の基板３９２
４ａの表面に対する傾きを制御して、基板３９２４ｂに
設置された所望の第２可動ミラー３９２６に、矢印３９
３６で示したように、光ビームを向ける。

【０３７５】第２可動ミラー３９２６でも、これと同様
の動作が行われる。すなわち、この第２可動ミラー３９
２６での光の入射角及び反射角、すなわちミラー面の基
板３９２４ｂの表面に対する傾きを制御して、それと対
応した所望の出力ポートの方向に、矢印３９３８で示し
たように光ビームを向ける。

【０３７６】いま、温度変動により共通基板３９３２が
膨張したとし、その場合の動作につき、図４０を参照し
て説明する。図４０は、第９の実施の形態における光ス
イッチの動作例を示した図で、この光スイッチは図３９
で説明した構成と同じであるので、同一の構成について
の重複する説明は省略する。

【０３７７】このとき、膨張した共通基板を図中点線枠
４０３２で示す。膨張する前の入力側スイッチ要素にお
ける各第１及び第２光ユニット３９０２、３９０４を基
準として、第３光ユニット及び、第４光ユニットはそれ
ぞれ４００６、４００８のように、その位置がずれる。

【０３７８】ここで、図３９に示す構成において、第１
光ユニット３９０２、及び第３光ユニット３９０６は、
共通基板３９３２と同様に膨張する。しかし、第１基板
３９１０と第２基板３９１２の熱膨張係数が同一であ
り、及び第３基板３９１４と第４基板３９１６の熱膨張
係数が同一であれば、第２光ユニット３９０４に設けら
れた第１可動ミラー３９２２への光の入射位置ずれは生
じるが、入射角は変動しない。この第１可動ミラー３９
２２は、そのミラー面の基板３９２４ａの表面に対する
傾き角度における温度変動は小さいので、光ビームの伝
搬角度にも変化はない。このとき第３光ユニット３９０
６に設けられた第２可動ミラー３９２６においても、光
は入射位置が変動するだけであって、入射角の変動は無
い。この第２可動ミラー３９２６は、そのミラー面の基
板３９２４ｂに対する傾き角度の温度による角度変化は
小さいため、第２可動ミラー３９２６への入射位置は変
動するものの、入射角度の変動は無い。

【０３７９】つぎに図４１（Ａ）を用いて、図３９に示
したこの光スイッチ３９００における、出射側レンズ系
として出力側スイッチ要素に設けられた可動レンズ３９
２８への入射位置の変動効果を示す。

【０３８０】図４１（Ａ）における実線４１０４、４１
０６、及び点線４１０８、４１１０は、光束の形状を概
略的に示したものである。

【０３８１】実線で示した平行光ビーム４１０６は、出
力側導光路３９３０として第４の基板３９１６に設けら
れた光ファイバの端面に、可動レンズ３９２８によっ
て、集光される。

【０３８２】ここで図４０を用いて説明した共通基板３
９３２の熱膨張により、可動レンズ３９２８への光ビー
ム４１０６が、光ビーム４１１０のようにシフトして、
出力側導光路３９３０である光ファイバへ入射するとす
る。

【０３８３】可動レンズ３９２８の性質から、この状態
では点線で示した光ビーム４１０８のように、光ファイ
バ３９３０への光の入射角は、実線で示す光ビーム４１
０４の光の入射角度から変動を生じる。

【０３８４】一般に、シングルモード光ファイバで０．
５ｄＢ以下の光パワー変動には、入射角の変動は１．５
度まで許容される。

【０３８５】ビーム位置ずれ量は、使用条件から要求さ
れる１００℃の温度変化範囲で、数十ミクロン程度であ
るので、可動レンズ３９２８の焦点距離が１〜２ｍｍの
ものを用いれば、損失変動を許容範囲内で抑えることが
可能となる。この焦点距離は、通常良く使われるレンズ
焦点距離に相当する。

【０３８６】温度変化による入力角の変化を小さくする
ためには、焦点距離の長いレンズが望ましいが、可動ミ
ラーの角度誤差による焦点位置ずれを小さく抑えるに
は、焦点距離が短いレンズがよい。したがって、レンズ
の焦点距離の最適長がありうる。すべての構造物が同一
の膨張係数を有しているときには、温度変化による、入
射角変動は生じない。このときは焦点距離は短いほど良
い。

【０３８７】図４１（Ｂ）を参照しながら、図３９に示
したような構成の第９の実施の形態の光スイッチ３９０
０において、基板３９２４ａに設けられた第１可動ミラ
ー３９２２と、基板３９２４ｂに設けられた第２可動ミ
ラー３９２６を含む部分に注目し、ここでの動作を説明
する。

【０３８８】ただし、図４１（Ｂ）はより詳細にこの説
明を行うために、次のような構成とした。すなわち、図
３９に示した光スイッチにおいて、第２光ユニット３９
０４に設置された基板４１１２上に第１可動ミラー４１
１６ａ〜４１１６ｄが設けられ、第３光ユニット３９０
６に設置された基板４１１４上に第２可動ミラー４１１
８ａ〜４１１８ｄが設けられている。そして、基板４１
１２の垂直方向に距離Ｌ₄₁だけ離れた位置に、基板４１
１４は配置されている。

【０３８９】第２光ユニットにおける可動ミラー４１１
６ａ〜４１１６ｄのうちのひとつ、すなわち、ここでは
可動ミラー４１１６ａに更に注目する。可動ミラー４１
１６ａと４１１８ｄをつなぐ矢印４１２０は、可動ミラ
ー４１１６ａに入射して反射した光線束の中心光路を示
すものであり、出力側可動ミラー４１１８ｄへ入射する
ようすを表している。

【０３９０】これより、図４０において説明したような
共通基板３９３２の熱膨張に伴う光線束の中心光路４１
２０について、可動ミラー４１１８ｄ上における位置ず
れを計算する。ここでは、この光線束４１２０の可動ミ
ラー４１１８ｄへの入射角θ ₄₁を一定とし、またこれは
微少量であると仮定する。さらに、共通基板３９３２の
Ｘ₁方向の熱膨張率をα₁、Ｙ₁方向の熱膨張率をα₁’、
基板４１１２、４１１４の熱膨張率をβとする。

【０３９１】ここで、基板４１１４と基板４１１２にお
ける可動ミラー４１１６ａの位置を考える。この位置
は、次のような２種類の相対位置の合計値として表され
る。

【０３９２】すなわち、基板４１１４上における可動ミ
ラー４１１８ｄの位置と、基板４１１２の基板４１１４
に対する相対位置を考える。

【０３９３】基板４１１４上における、可動ミラー４１
１６ｄの可動ミラー４１１８ａに対する相対位置は、図
４１（Ｂ）に示すように、基板４１１４上において可動
ミラー４１１８ａと可動ミラー４１１８ｄとの距離Ｓと
することができる。

【０３９４】また、基板４１１２上における可動ミラー
４１１６ａの基板４１１４に対する相対位置は、図４１
（Ｂ）に示すように、基板４１１４上において可動ミラ
ー４１１６ａと対称の位置に存在する可動ミラー４１１
８ａと可動ミラー４１１６ａとのＸ₁方向の水平距離ｒ
とすることができる。

【０３９５】よって、これらの数値を用いて、基板４１
１２と基板４１１４における可動ミラー４１１６ａに対
する可動ミラー４１１８ｄの位置はｒ＋Ｓとなる。そし
て、この値を利用すれば入射角θ＝（ｒ＋Ｓ）／Ｌ₄₁と
表される。この結果、図４０で説明したような熱膨張が
起こる前の状態では、光線束の中心光路４１２０の可動
ミラー４１１８ｄにおける入射位置はもともとθＬ₄₁と
なる。

【０３９６】さらに、ここで図３９の光スイッチ３９０
０の内部、すなわち図４１（Ｂ）において、熱膨張が生
じたとする。

【０３９７】この場合、図４１（Ｂ）における光線束の
中心光路４１２０の可動ミラー４１１８ｄ上への入射位
置は、θ₄₁α₁’Ｌとなる。すなわち、光線束の中心光
路４１２０の出力側可動ミラー４１１８ｄ上における理
論的な入射位置は、α₁’（ｒ＋Ｓ）である。

【０３９８】しかし、実際は、図３９において共通基板
３９３２のＸ₁方向、Ｙ₁方向、及び基板３９２４ａ（す
なわち図４１（Ｂ）においては基板４１１２）と基板３
９２４ｂ（すなわち図４１（Ｂ）においては基板４１１
４）の熱膨張率はそれぞれ異なる値である。すなわち、
光線束の中心光路４１２０の可動ミラー４１１８ｄ上に
おける入射位置は、α₁ｒ＋βＳになっている。

【０３９９】これらの差を求めると、｛（α₁−α₁’）
ｒ＋（β−α₁’）Ｓ｝となる。これを相対的ビームシ
フトという。

【０４００】ところで、図３９に示したような構成の光
スイッチ３９００において、ｒ、そしてＳの最大値はと
もに数ｃｍの大きさに設定する。

【０４０１】そして、図３９において基板３９２４ａ、
３９２４ｂをシリコン（Ｓｉ）（β−１＝３ｘ１０^-6／
℃）、共通基板３９３２を鉄（Ｆｅ）（α’−１＝１１
ｘ１０^-6／℃）とすると、１００度の温度変化で、相対
的ビームシフトを求めると、数１０μｍ程度となる。

【０４０２】さらに共通基板３９３２を、ニッケル鋼
（６４Ｆｅ３６Ｎｉ）（α’−１＝０．１ｘ１０^-6／
℃）あるいはカーボンのような熱膨張の小さいもの、す
なわち（α’−１）＝１０^-7以下のものを用いると、相
対的ビームシフトの量を半分以下にすることができる。

【０４０３】［第１０の実施の形態］次に、この発明の
光スイッチの動作を制御するための光スイッチ装置につ
いて、図４３を用いて説明する。

【０４０４】この光スイッチ装置４３００は、スイッチ
ング用可動部４３０２を有する光スイッチ４３０４と、
光スイッチ４３０４からの出射光をモニタするモニタ部
４３０６と、モニタ部４３０６からのモニタ信号に応答
して、スイッチング用可動部４３０２を制御することに
より、光スイッチ４３０４のスイッチングの制御状態を
調整するための動作制御部４３０８とを備えている。

【０４０５】この光スイッチ装置４３００は、第１の光
スイッチ４３１０と第２の光スイッチ４３１２を有して
いる。スイッチング用可動部４３０２は、構成が全く同
一で、第１及び第２の光スイッチ４３１０、４３１２へ
光信号を入力するために、互いに同一構成の第１の光信
号導入手段４３１４と第２の光信号導入手段４３１６を
有し、モニタ部４３０６は、互いに同一構成の第１の光
信号出力手段４３１８と第２の光信号出力手段４３２０
を有している。

【０４０６】第１及び第２の光信号導入手段４３１４、
４３１６は、監視用信号出力源４３２２と、信号合成部
４３２４とを有している。そして、信号合成部４３２４
は、監視用信号出力源４３２２から出力された監視用信
号と、外部よりこの光スイッチ装置４３００に入力され
た光信号とをひとつの合成信号にした後、第１及び第２
の光スイッチ４３１０、４３１２へ入力させる。ここで
は、信号合成部４３２４としては、入力側カプラを用い
ている。また、この入力側カプラには複数の入力側導光
路４３３０として複数の光ファイバが接続されている。

【０４０７】また、第１、第２の光信号出力手段４３１
８、４３２０は、光信号分配部４３２６とモニタ４３２
８とを有していて、光信号分配部４３２６は、モニタ４
３２８及び光スイッチ装置４３００の外部に、光スイッ
チ４３０４より出力した光信号を分配して、出力する。
ここでは、光信号分配部４３２６として、出力側カプラ
を用いる。この出力側カプラには複数の出力側導光路４
３３２として光ファイバが接続されており、この光ファ
イバより光スイッチ装置４３００の外へ光信号が出力さ
れる。

【０４０８】さらに、この光スイッチ装置４３００によ
れば、第１、第２の光信号出力手段４３１８，４３２０
にフィルタを設け、光信号分配部４３２６より出力され
た合成信号から光信号のみを取りだし、光スイッチ装置
４３００の外部へ出力する。監視用信号出力源４３２２
の動作は、動作制御部４３０８にて制御される。

【０４０９】第２の光スイッチ４３１２は予備用に使用
されるほか、スイッチング用可動部４３０２からの光信
号を、第１及び第２の光信号出力手段４３１８、４３２
０へ、放送分配するときにも使用されることが好まし
い。

【０４１０】次にこの光スイッチ装置４３００の動作に
ついて説明する。

【０４１１】各入力側導光路４３３０より出力した光信
号は、監視用信号出力源４３２２から出力された監視用
信号と、入力側カプラ４３２４において合成され、合成
信号となる。監視用信号は、光スイッチ４３０４のポー
ト番号に対応するような目印となる信号とする。この監
視用信号の符号、周波数、波長を変化させることによ
り、ポート識別を行うことができる。

【０４１２】入力側カプラ４３２４から出力した合成信
号は、第１及び第２の光スイッチ４３１０、４３１２へ
分配され、入力される。そして、第１及び第２の光スイ
ッチ４３１０、４３１２において、回線交換が行われ
る。第１及び第２の光スイッチ４３１０、４３１２より
出力したそれぞれの合成信号は、出力側カプラ４３２６
において合流され、出力側導光路４３３２に導かれる。

【０４１３】ここで、出力側カプラ４３２６は、出力側
導光路４３３２と、モニタ４３２８へ合成信号を分配す
る。また、監視用信号が光スイッチ装置４３００の外部
へ出力されないように、出力側カプラ４３２６と出力側
導光路４３３２の間にフィルタを設け、光信号のみを分
離する構成であることが望ましい。このとき、光信号と
監視用信号で異なる波長を用いると分離が容易である。

【０４１４】監視用信号は、モニタ４３２８へ送られ
る。モニタ４３２８は、監視用信号より必要な情報を抽
出する。

【０４１５】ここで、この光スイッチ装置４３００にお
いて、入力側導光路４３３０を入力ポート、出力側導光
路４３３２を出力ポートと呼ぶことにする。

【０４１６】モニタ４３２８は、監視用信号中のポート
識別信号より、各光信号がどの入力ポート４３３０から
来たかをモニタする。このほか、光スイッチの制御状
態、例えば、光パワーのモニタによる光軸位置情報が監
視される。

【０４１７】監視用信号の情報は、動作制御部４３０８
に設けられた制御回路に送られる。そして、この動作制
御部４３０８によって、光スイッチ４３０４の状態は最
適な状態に保たれる。切換のときに正しいポートに接続
されたかを検出するのも、この動作制御部４３０８に設
けられた制御回路の役割となる。

【０４１８】なお以上の説明において、監視用信号出力
源４３２２を設置することによって、監視用信号を光信
号と合成する例を紹介した。しかし、この光スイッチ装
置４３００においては、必ずしも監視用信号出力源４３
２２を設置する必要はない。このとき、第１及び第２の
光信号導入手段において、監視用信号は出力されず、第
１及び第２の光スイッチへは、光信号のみが入力され
る。そして、モニタ４３２８によって光信号のみのモニ
タが行われる。よって、この場合光信号出力手段４３１
８、４３２０には光信号を分離するためのフィルタを設
ける必要はない。

【０４１９】また、この光スイッチ装置４３００におい
て用いられる第１及び第２の光スイッチ４３１０、４３
１２は、本発明の光スイッチの構成に限られない。よっ
て、図４４に示した従来の光スイッチ４４００のような
ものについてもこの光スイッチ装置を用いて、動作を制
御することは可能である。

【０４２０】図４４に示した光スイッチ４４００につい
て、図４３の光スイッチ装置４３００を用いて、この光
スイッチ４４００の制御状態を検出するための方法につ
いて、図４３及び図４２を参照して、説明する。

【０４２１】図４２は、図４４に示した光スイッチ４４
００において、入力側スイッチ要素４２００に設けられ
た一つの偏向素子４４０２ｂに注目し、これと対応する
出力側スイッチ要素４２０２に設けられた光偏向素子４
４０２ａとの動作について説明するための図である。よ
って、従来技術において説明した図４４と同様の構成、
動作について重複する説明は省略する。

【０４２２】また、図４２において、各部をつなぐ直線
は各部における光の形状を概略的に表している。また、
図中の可動ミラー４４１４ａ、４４１４ｂに記した矢印
は、これら可動ミラー４４１４ａ、４４１４ｂの動く方
向を表す。この可動ミラー４４１４ａ、４４１４ｂの駆
動は、例えば図１２において説明したものと同様の方法
を用いて、駆動電圧を変化させることにより行われる。

【０４２３】先ず、切り替えが終了して、回線が保持さ
れている状態の説明を行う。

【０４２４】このとき図４３の光スイッチ装置４３００
に設けられているモニタ４３２８において、監視用信号
に含まれる識別信号によって、入力ポート番号の情報が
抽出される。

【０４２５】図４２において、入力側スイッチ要素４２
００に設けられている可動ミラー４４１４ａの経時変
化、例えば駆動電圧の変化、温度変動などによって、ビ
ーム角度はずれてくることがある。このずれに起因し
て、出力ファイバ４４０８ｂでの焦点位置が変動し、信
号の光パワーが変動する。

【０４２６】この変動は、図４３の光スイッチ装置４３
００に設置されたモニタ４３２８によって、検出され
る。そして、モニタ４３２８より送られてきた情報をも
とに、動作制御部４３０８は、この変動を検知してビー
ム角度がずれたと判断する。

【０４２７】このとき、図４２において、可動ミラー４
４１４ａ、４４１４ｂの角度を適切な角度とするための
情報を、再び図４３の光スイッチ装置において、動作制
御部４３０８より光スイッチ４４００へ、フィードバッ
クする必要がある。この際、動作制御部４３０８は、ど
のミラーをどの方向の角度に回転させるかを判断しなけ
ればならない。

【０４２８】そのため、動作制御部４３０８は、図４２
における可動ミラー４４１４ａ、４４１４ｂをデータ信
号に影響を与えない範囲で、わずかに回転させるよう、
光スイッチ４４００へ情報を送る。この結果、光スイッ
チ４４００において、可動ミラー４４１４ａ、４４１４
ｂを動作させる駆動電圧がわずかに変化する。

【０４２９】これに伴う信号の光パワーの変動は、モニ
タ４３２８において検出される。この情報をもとに、動
作制御部４３０８は、パワーが増大する方向に調整を加
える情報を光スイッチ４４００に送る。そして、可動ミ
ラー４４１４ａ、４４１４ｂを動作させる駆動電圧が制
御されることによって、光スイッチ４４００は最適状態
に復帰する。

【０４３０】ここで図４２における可動ミラー４４１４
ａ、４４１４ｂには、その駆動電圧を変化させることに
より、それぞれ常に周期の異なる微弱な回転ぶれを与え
ておけば、どの程度の電圧をどの方向にかければ、修正
が可能かをモニタすることができる。

【０４３１】また、これによって可動ミラーの剛性の変
化など、経時変化を検出することが可能である。可動ミ
ラー角度の０点移動は、保持している間の、可動ミラー
制御電圧の経時変化で検出することができる。これらの
ミラー制御に関する情報により、必要なときに可動ミラ
ーが動くかどうかの判断も可能となる。これらの制御は
すべて動作制御部４３０８によって行われる。

【０４３２】

【発明の効果】この発明の第１の光スイッチによれば、
光ビームの偏向を行うために複数個の光偏向素子を用い
ているので、偏向角度の精度が各光偏向素子に振り分け
られる。したがって、各光偏向素子の必要精度が緩和さ
れる。

【０４３３】また、この発明の第２、第３の光スイッチ
によれば、光入出力角すなわち光の入射角或いは出射角
を拡大するための光学系または光のビーム径を拡大する
ための光学系を備えることにより、必要な精度を確保し
つつもチャネル数の増大が図れる。

【０４３４】また、この発明のさらに第４の光スイッチ
によれば、入力側の可動ミラーで反射された光を出力側
の可動ミラーに集光するための光学素子を備えることに
より、可動ミラーの角度制御精度が緩和され、ミラー角
の切り替えを高速で行うことが可能になる。

【０４３５】またこの発明の第５〜７の光スイッチによ
れば、出力ポートへ光を出射させるとき、入力側光スイ
ッチ要素のどの入力ポートにある光偏向素子において
も、とりうる偏向角の値の範囲は同じであるため、チャ
ネル数の増大をはかることができる。

【０４３６】また、第６、７の光スイッチは、入力側集
光レンズ系に設けられた可動ミラーの傾き角と出力ポー
トの関係が一対一に対応できるため、駆動が簡単とな
る。

【０４３７】また、第８の光スイッチによれば、温度変
化があったとしても焦点位置ずれを最小とし、光ファイ
バへの入力角度ずれのみを生じさせ、光出力に対する影
響がより少ない構造としたため、温度変化による出力パ
ワー変動を抑えることが可能となる。

【０４３８】また、この発明の光スイッチについて、光
スイッチ装置を用いることにより、光スイッチの状態監
視が可能となり、しかも予備系の配置と２方向への放送
分配機能が、少ない部品数で実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の光スイッチの構成を示す図
である。

【図２】可動レンズの構成例を示す図である。

【図３】光スイッチの一部の断面を示す図である。

【図４】入力側スイッチ要素の断面を示す図である。

【図５】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に供
する図である。

【図６】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に供
する図である。

【図７】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に供
する図である。

【図８】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に供
する図である。

【図９】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に供
する図である。

【図１０】実施の形態の光スイッチの動作原理の説明に
供する図である。

【図１１】第２の実施の形態の光スイッチの構成を示す
図である。

【図１２】第２の実施の形態の光スイッチの要部構成を
示す図である。

【図１３】典型的な光スイッチの要部構成を示す図であ
る。

【図１４】可動ミラー型光スイッチの要部構成を示す図
である。

【図１５】可動レンズ型光スイッチの要部構成を示す図
である。

【図１６】可動レンズ型光スイッチの要部構成を示す図
である。

【図１７】第３の実施の形態の光スイッチの要部構成を
示す図である。

【図１８】第３の実施の形態の光スイッチの変形例の要
部構成を示す図である。

【図１９】第４の実施の形態の光スイッチの要部構成を
示す図である。

【図２０】第５の実施の形態の光スイッチの構成を示す
図である。

【図２１】誤差の光線行列による解析の説明に供する図
である。

【図２２】誤差の光線行列による解析の説明に供する図
である。

【図２３】第５の実施の形態の光スイッチの第１変形例
を示す図である。

【図２４】第５の実施の形態の光スイッチの第２変形例
を示す図である。

【図２５】（Ａ）は第８の実施の形態の光スイッチの従
来例として、光学素子に、固定反射鏡を用いた光スイッ
チの例を示す図である。（Ｂ）は第８の実施の形態の光
スイッチの例について、光学素子として固定反射鏡を用
いた例を示す図である。

【図２６】第１〜第５の実施の形態の改良点を説明する
図である。

【図２７】第６の実施の形態の光スイッチ（光学素子と
して凸レンズを用いた例）を示す図である。

【図２８】（Ａ）は入力側スイッチ要素の構成（第１の
形態）を示す図である。（Ｂ）は入力側スイッチ要素の
構成（第２の形態）を示す図である。

【図２９】第６の実施の形態の光スイッチ（光学素子と
して凹面鏡を用いた例）を示す図である。

【図３０】第６の実施の形態の光スイッチ（光学素子と
してホログラムを用いた例）を示す図である。

【図３１】（Ａ）は基板上に集積されたレンズ系の例を
示す断面図である。（Ｂ）は基板上に集積されたレンズ
系の例を示す平面図である。

【図３２】（Ａ）は第６の実施の形態において、凹レン
ズと光学素子間の光束の形状を示す図である。（Ｂ）は
第６の実施の形態において、可動ミラーから光学素子通
過後までの光束の形状を示す図である。

【図３３】第６の実施の形態において、入力側スイッチ
要素と出力側スイッチ要素間の光束の形状を示す図であ
る。

【図３４】第７の実施の形態の光スイッチの例を示す図
である。

【図３５】第７の実施の形態における光学素子と可動ミ
ラーの配置の例を示す図である。

【図３６】（Ａ）は第８の実施の形態による改良を行う
前の光スイッチにおける動作を説明する図である。
（Ｂ）は光偏向素子として可動レンズを用いた構成の第
８の実施の形態の動作を説明するための図である。

【図３７】光学素子としてリレーレンズを用いた構成
の、第８の実施の形態の動作を説明する為の図である。

【図３８】第８の実施の形態において、凸レンズを挿入
した場合のレンズ系の動作例を示す図である。

【図３９】第９の実施の形態の光スイッチの構成例を示
す図である。

【図４０】第９の実施の形態の光スイッチ動作を示す図
である。

【図４１】（Ａ）は第９の実施の形態の出力側スイッチ
要素の動作例を示す図である。（Ｂ）は第９の実施の形
態における第１可動ミラーと第２可動ミラーの動作例を
示す図である。

【図４２】第１０の実施の形態の動作例を示す図であ
る。

【図４３】第１０の実施の形態の構成例を示す図であ
る。

【図４４】（Ａ）は従来の光スイッチの構成例を示す図
である。（Ｂ）は従来の光スイッチに用いる光偏向素子
の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１０：光入力ポート１２：入力側スイッチ要素１４：光出力ポート１６：出力側スイッチ要素１８ａ、１８ｂ、２２ａ、２２ｂ：光偏向素子２０：入力側光偏向素子群２４：出力側光偏向素子群２６：光スイッチ２８、３０：光ファイバ３２、３６、４０、４４：基板３４：第１偏向素子アレイ３８：第２偏向素子アレイ４２：第３偏向素子アレイ４６：第４偏向素子アレイ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の光入力ポートを有する入力側ス
イッチ要素と、複数個の光出力ポートを有する出力側ス
イッチ要素とを備え、前記光入力ポートのいずれかに入
力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから出
力させる光スイッチにおいて、前記入力側スイッチ要素は、前記光入力ポートの各々
に、光信号の入射方向に沿って配置された複数個の光偏
向素子からなる入力側光偏向素子群を備え、前記出力側スイッチ要素は、前記光出力ポートの各々
に、光信号の出射方向に沿って配置された複数個の光偏
向素子からなる出力側光偏向素子群を備えることを特徴
とする光スイッチ。
【請求項２】請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記入力側および出力側光偏向素子群は、前記光信号の
入射方向または出射方向に垂直な面内で移動可能な、焦
点距離の異なる少なくとも２枚の可動レンズを前記光偏
向素子として備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】請求項１に記載の光スイッチにおいて、前記入力側および出力側光偏向素子群は、前記光信号の
入射方向または出射方向に垂直な面内で移動可能な可動
レンズと、前記光信号の入射方向または出射方向に垂直
な回転軸を有する可動ミラーとを前記光偏向素子として
備えることを特徴とする光スイッチ。
【請求項４】複数個の光入力ポートと複数個の光出力
ポートとを有しており、前記光入力ポートのいずれかに
入力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから
出力させる光スイッチにおいて、前記光入力ポートの各々に入力側光偏向素子を備え、前記光出力ポートの各々に出力側光偏向素子を備え、前記光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、前
記光出力ポートに接続された出力側光ファイバとを備え
ていて、前記光入力ポートおよび光出力ポートに、それぞれ前記
入力側光ファイバおよび出力側光ファイバの光入出力角
を拡大するための光学系を備えることを特徴とする光ス
イッチ。
【請求項５】請求項４に記載の光スイッチにおいて、前記光学系を、前記入力側光ファイバおよび出力側光フ
ァイバの各々の端面に形成された凹面形状の端面とする
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項６】請求項５に記載の光スイッチにおいて、前記光学系を、前記入力側光ファイバおよび出力側光フ
ァイバの各々の端面に形成された凸面形状の端面とする
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項７】複数個の光入力ポートと複数個の光出力
ポートとを有しており、前記光入力ポートのいずれかに
入力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから
出力させる光スイッチにおいて、前記光入力ポートの各々に入力側光偏向素子を備え、前記光出力ポートの各々に出力側光偏向素子を備え、前記光入力ポートに接続された入力側光ファイバと、前
記光出力ポートに接続された出力側光ファイバとを備え
ていて、前記光入力ポートおよび光出力ポートに、光のビーム径
を拡大するための光学系を備えることを特徴とする光ス
イッチ。
【請求項８】請求項７に記載の光スイッチにおいて、前記光学系が、前記入力側光ファイバおよび出力側光フ
ァイバの各々の端部に結合されたカプラと、該カプラの
端面に対向して設けられ、該カプラの端面に平行な面内
に配置された複数個のレンズとで構成されることを特徴
とする光スイッチ。
【請求項９】複数個の光入力ポートと複数個の光出力
ポートとを有しており、前記光入力ポートのいずれかに
入力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから
出力させる光スイッチにおいて、前記光入力ポートの各々に、光信号の入射方向に垂直な
回転軸を有する可動ミラーを入力側光偏向素子として備
え、前記光出力ポートの各々に、光信号の出射方向に垂直な
回転軸を有する可動ミラーを出力側光偏向素子として備
え、前記入力側光偏向素子および出力側光偏向素子間に、入
力側の前記可動ミラーで反射された光を出力側の前記可
動ミラーに集光するための光学素子が設けられることを
特徴とする光スイッチ。
【請求項１０】請求項９に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子が、前記入力側光偏向素子および出力側光
偏向素子間における光経路に対応して個別に設けられる
ことを特徴とする光スイッチ。
【請求項１１】複数個の光入力ポートを有する入力側
スイッチ要素と、複数個の光出力ポートを有する出力側
スイッチ要素を備え、前記光入力ポートのいずれかに入
力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから出
力させる光スイッチにおいて、前記入力側スイッチ要素と前記出力側スイッチ要素との
間に配設されていて、前記入力ポートからの各光信号
が、入射光として入射され、かつ、該入射光に対応する
出射光を、各光線束の中心光路が互いに平行となるよう
に、出射させる光学素子を備えることを特徴とする光ス
イッチ。
【請求項１２】請求項１１に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子として、凸レンズを用い、前記入力側スイッチ要素は、前記凸レンズの焦平面に設
置してあり、前記光学素子を挟んでその前後に対称的に、前記出力側
スイッチ要素と前記入力側スイッチ要素とを配置してあ
ることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１３】請求項１１に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子として、ホログラムを用い、前記入力側スイッチ要素は、前記ホログラムの焦平面に
設置してあり、前記光学素子を挟んでその前後に対称的に、前記出力側
スイッチ要素と前記入力側スイッチ要素とを配置してあ
ることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１４】請求項１１に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子として凹面鏡を用い、前記入力側スイッチ要素は、前記凹面鏡の焦平面に設置
するとともに、前記出力側スイッチ要素を前記入力側スイッチ要素で共
用させてあることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１５】請求項１２、１３及び１４のいずれか
一項に記載の光スイッチにおいて、前記複数個の入力ポートの各々は、該入力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた入力側レンズ系を有し、前記複数個の出力ポートの各々は、該出力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた出力側レンズ系を有していて、前記入力側レンズ系から前記出力側スイッチ要素へ光が
出射する面、及び前記入力側スイッチ要素から前記出力
側レンズ系へ光が入射する面には、凹レンズが設置され
ていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項１６】請求項１５に記載の光スイッチにおい
て、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、そ
れぞれ、固定レンズもしくは前記光信号の入射方向または出射方
向に垂直な面内で移動可能な可動レンズと、前記光信号
の入射方向または出射方向に垂直な回転軸を有する可動
ミラーとから構成されていることを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項１７】請求項１６に記載の光スイッチにおい
て、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、そ
れぞれ、前記固定レンズもしくは前記可動レンズと前記
可動ミラーとの間に凹レンズを設置してあることを特徴
とする光スイッチ。
【請求項１８】請求項１２に記載の光スイッチにおい
て、前記凸レンズは、前記入力側スイッチ要素および出
力側スイッチ要素間における光経路に対応して個別に設
けられる第１凸レンズと、該第１凸レンズを挟んで形成される第２凸レンズとから
成り、前記複数個の入力ポートの各々は、該入力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた入力側レンズ系を有し、前記複数個の出力ポートの各々は、該出力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた出力側レンズ系を有していて、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、それぞ
れ、固定レンズもしくは前記光信号の入射方向または出射方
向に垂直な面内で移動可能な可動レンズと、前記光信号
の入射方向または出射方向に垂直な回転軸を有する可動
ミラーとから構成されていることを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項１９】請求項１３に記載の光スイッチにおい
て、前記複数個の入力ポートの各々は、該入力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた入力側レンズ系を有し、前記複数個の出力ポートの各々は、該出力ポートにそれ
ぞれ対応付けられた出力側レンズ系を有していて、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、それぞ
れ、固定レンズもしくは前記光信号の入射方向または出射方
向に垂直な面内で移動可能な可動レンズと、前記光信号
の入射方向または出射方向に垂直な回転軸を有する可動
ミラーとから構成されていることを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項２０】マトリックス配列された複数の入力ポ
ートを有する入力側スイッチ要素と、マトリックス配列された複数の出力ポートを有する出力
側スイッチ要素とを備え、前記入力ポートの各々は、該入力ポートにそれぞれ対応
付けられた入力側レンズ系を有し、前記出力ポートの各々は、該出力ポートにそれぞれ対応
付けられた出力側レンズ系を有していて、前記入力ポート側から前記出力ポート側に光信号を出力
させる光スイッチにおいて、前記入力側及び出力側レンズ系のうち、前記マトリック
ス配列の少なくとも周縁側の入力側及び出力側レンズ系
を、該周縁側の入力側レンズ系を通る光信号を前記マト
リックス配列の中心側の出力側レンズ系に導くことが出
来るように動作する固定もしくは可動レンズ系とするこ
とを特徴とする光スイッチ。
【請求項２１】請求項２０に記載の光スイッチにおい
て、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、そ
れぞれ、前記光信号の入力方向または出力方向に垂直な
面内で移動可能な、焦点距離の異なる少なくとも２枚の
可動レンズより構成されることを特徴とする光スイッ
チ。
【請求項２２】請求項２０に記載の光スイッチにおい
て、前記入力側レンズ系及び前記出力側レンズ系は、それぞ
れ、固定レンズもしくは前記光信号の入射方向または出
射方向に垂直な面内で移動可能な可動レンズと、前記光
信号の入射方向または出射方向に垂直な回転軸を有する
可動ミラーとから構成されていて、前記入力ポートからの各光信号が、入射光として入射さ
れ、かつ、該入射光に対応する出射光を集光するための
光学素子が、前記入力側スイッチ要素と前記出力側スイ
ッチ要素との間に、配設されていることを特徴とする光
スイッチ。
【請求項２３】請求項２２に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子は、前記入力側光偏向素子および出力
側光偏向素子間における光経路に対応して個別に設けら
れていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２４】請求項２２に記載の光スイッチにおい
て、前記光学素子として、平面鏡を用いるとともに、前記入力側スイッチ要素を、前記出力側スイッチ要素で
共用していることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２５】複数個の光入力ポートを有する入力側
スイッチ要素と、複数個の光出力ポートを有する出力側
スイッチ要素とを備え、前記光入力ポートのいずれかに
入力された光信号を、前記光出力ポートのいずれかから
出力させる光スイッチにおいて、前記入力側スイッチ要素は、第１及び第２光ユニットを
備え、及び前記出力側スイッチ要素は、第３及び第４光
ユニットを備えており、前記第１光ユニットは、入力側導光路と、該入力側導光
路からの光信号を集光する入射側レンズ系との組合せ
を、前記光入力ポートの各々に対応付けて複数対備え、前記第２光ユニットは、前記レンズ系と対応付けて設け
られ、これらレンズ系からの光信号を反射させる複数の
第１可動ミラーを備え、前記第３光ユニットは、前記第２光ユニットの可動ミラ
ーからの光信号を個別に反射させる複数の第２可動ミラ
ーを備え、前記第４光ユニットは、前記第２可動ミラーからの光信
号を集光する出射側レンズ系と、該レンズ系から光信号
が入射する出力側導光路との組合せを、前記光出力ポー
トの各々に対応付けて複数対備えていることを特徴とす
る光スイッチ。
【請求項２６】請求項２５に記載の光スイッチにおい
て、前記第１、第２、第３、第４光ユニットは、共通の
基板上に設けられていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２７】請求項２５または２６に記載の光スイ
ッチにおいて、前記第１光ユニット内では、前記入力側
導光路が第１基板に固定されており、及び前記入射側レ
ンズ系も第２基板に固定されており、前記第４光ユニッ
ト内では、前記出射側レンズ系が第３基板に固定されて
おり、及び前記出力側導光路も第４基板に固定されてい
ることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２８】請求項２７に記載の光スイッチにおい
て、前記第１基板から前記第４基板は、熱膨張係数が同
一の基板であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２９】請求項２６または２７に記載の光スイ
ッチにおいて、前記前記第１基板から前記第４基板、さ
らに前記共通基板の熱膨張係数が同一であることを特徴
とする光スイッチ。
【請求項３０】請求項２７に記載の光スイッチにおい
て、前記第１基板から前記第４基板は、小さい熱膨張係
数を有する基板であることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３１】請求項２６または２７に記載の光スイ
ッチにおいて、前記前記第１基板から前記第４基板、さ
らに前記共通基板が、小さい熱膨張係数であることを特
徴とする光スイッチ。
【請求項３２】スイッチング用可動部を有する光スイ
ッチと、該光スイッチからの出射光をモニターするモニ
タ部と、該モニタ部からのモニタ信号に応答して、前記
スイッチング用可動部を制御することにより、前記光ス
イッチのスイッチングの制御状態を調整するための動作
制御部とを備えることを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３３】請求項３２に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記スイッチング用可動部は、前記光スイッチ
へ光信号を入力する光信号導入手段を有し、前記モニタ
部は、光信号分配部を備える光信号出力手段と、モニタ
とを有していて、前記光信号分配部は、前記モニタ及び当該光スイッチ装
置の外部に、前記光スイッチから出力した前記光信号を
分配して、出力することを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３４】請求項３３に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記光信号導入手段は、監視用信号出力源と、
信号合成部とを有していて、前記信号合成部は、前記監視用信号出力源より出力され
た監視用信号と入力された前記光信号とを、ひとつの合
成信号にした後前記光スイッチへ入力させ、前記光信号分配部は、前記光スイッチから出力された前
記合成信号から前記光信号のみを取りだして、光スイッ
チ装置の外部へ出力するためのフィルターを具えている
ことを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３５】請求項３４に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記監視用信号出力源の動作は、前記動作制御
部によって制御されることを特徴とする光スイッチ装
置。
【請求項３６】請求項３２に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記光スイッチは、第１の光スイッチと第２の光スイッ
チを有していて、前記スイッチング用可動部は、前記第１の光スイッチ及
び前記第２の光スイッチへ光信号を入力するために、互
いに同一構成の第１の光信号導入手段と第２の光信号導
入手段を有し、前記モニタ部は、互いに同一構成の第１の光信号出力手
段と第２の光信号出力手段を有しており、前記第１及び第２の光信号出力手段は、それぞれ、光信
号分配部と、モニタとを有していて、前記光信号分配部は、前記モニタ及び当該光スイッチ装
置の外部に、前記光スイッチから出力した前記光信号を
分配して、出力することを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３７】請求項３６に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記第１及び第２の光信号導入手段は、それぞ
れ、監視用信号出力源と信号合成部とを有していて、前記信号合成部は、前記監視用信号出力源から出力され
た監視用信号と当該光スイッチ装置へ入力された前記光
信号とをひとつの合成信号にした後、前記第１及び第２
の光スイッチへ入力させ、前記第１及び第２の光信号出力手段は、前記光信号分配
部から出力された前記合成信号から前記光信号のみを取
りだして、光スイッチ装置の外部へ出力するためのフィ
ルターを具えていることを特徴とする光スイッチ装置。
【請求項３８】請求項３７に記載の光スイッチ装置に
おいて、前記監視用信号出力源の動作は、前記動作制御
部によって制御されることを特徴とする光スイッチ装
置。