JP2003029173A - 光スイッチ装置 - Google Patents
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Abstract
トでかつ光入力/出力ポートの拡張性に優れた光スイッ
チ装置を提供する。 【解決手段】 水平方向に配置され、かつ、垂直方向に
積み重ねて配置される、複数の平面型スイッチモジュー
ル21と、平面型スイッチモジュール21の各一辺31
に沿って垂直方向に配置され、1つの平面型スイッチモ
ジュール21上に形成される複数の光パス24と、他の
平面型スイッチモジュール21上に形成される複数の光
パス24とを選択的に結合する結合スイッチモジュール
22とから構成する。
Description
する。
り、このために例えばWDM技術を活用して光ルートの
パス変更を制御可能とする光クロスコネクト装置が重要
な位置を占めるようになっている。
クト装置に実装して好適な光スイッチ装置について述べ
る。
を示す図である。
置を示す。
クス状に配列された複数の光学素子5とから主として構
成される。
た光信号は、それぞれ対応する光入力ポート3から装置
1内に入り、一方、例えば#1〜#Mのチャネルにそれ
ぞれ対応する光出力ポート4を介して、光信号が装置1
から出力されて、全体としてN×M光スイッチ装置1が
構成される。
いずれの光出力ポート4へ導くかは、光学素子5の状態
によって決まる。今、一例として点線で図示する光学素
子5がオンになると、ここで光信号は反射され、図示す
る入力側光パスPinおよび出力側光パスPoutを通
して、入力側光信号#1は出力側光信号#3にスイッチ
される。
gth Division Multiplex)技術
の進展につれて、1ファィバ(図17の3#1〜3#N
の各々や4#1〜4#Mの各々に対応)で搬送される波
長の数は数100にも及んでいる。そうすると、1つの
装置1に入力されるファイバの数が数10としても、1
000×1000規模程度の光スイッチ機能が必要とな
り、光スイッチ装置1はかなり大規模なものになる。
板2上の各クロスポイントに実装するのに好適な公知の
光学素子5としては例えば液晶ホログラムがある。しか
しこれよりさらに好適な光学素子5として、光通過/反
射素子を挙げることができる。その光通過/反射素子の
実用的な具体例としては、マイクロマシンをなす前述し
たMEMS(Micro Electronic Me
chanical System)による光通過/反射
素子がある。
過/反射素子、特にMEMSによる光通過/反射素子を
用いた場合について主として説明する。
を用いた光スイッチ装置を示す図である。
学素子5として、MEMSによる光通過/反射素子12
(12′)を用いている。なお、3#1〜3#N,4#
1〜4#M,Pin,Pout等の意味は前述したとお
りである。
上に微小ミラーを多数作成することができ、これにより
きわめて大容量の空間光スイッチ装置を実現することが
できる。この微小ミラーがすなわち上記の光通過/反射
素子12(12′)である。
状態(オフ)、すなわち上記微小ミラーが立ち上がって
いない(寝ている)状態にある。
する(光信号を反射させる)状態(オン)、すなわち上
記微小ミラーが立ち上がっている状態にある。
からの光信号は、光通過/反射素子12にて反射され、
チャネル#4の光出力ポート4へスイッチされる。これ
により例えば光クロスコネクト装置の機能が達成され
る。
構成で1000×1000(N×M)の光スイッチ装置
を実現しようとすると、基板2の平面上には約百万個の
上記微小ミラー(12,12′)を形成して配置する必
要がある。この場合、当然、入力側に1000個の光入
力ポート3を並べ、出力側にも1000個の光出力ポー
ト4を並べる必要があるから、基板2上には相当大型の
実装スペースを設けなければならない。
つでも微小ミラー(12,12′)の欠陥があったとす
ると基板全体を廃棄しなければならない。上記のとおり
百万個もの微小ミラーが形成されるとすると、微小ミラ
ーの欠陥率は高まり、光スイッチ装置の製造歩留まりは
極端に悪化する、という問題がある。
させることのできる光スイッチ装置を提供することを目
的とするものである。
ッチ装置を実現可能とするものであるが、そればかりで
なく、さらに装置のコンパクト化が図れるという効果
と、また、光入力/出力ポートの拡張性に優れた光スイ
ッチを実現可能という効果をもたらすものである。この
効果は後の説明で明白となる。
成を示す図である。
チ装置10は、複数の平面型スイッチモジュール21
と、少なくとも1つの結合スイッチモジュール22とを
有してなる。
各々(#1,#2〜#k)が水平方向に配置され、か
つ、相互に垂直方向に積み重ねて配置される。
の平面型スイッチモジュール21の各一辺に沿って垂直
方向に配置され、1つの平面型スイッチモジュール21
上に形成される複数の光パス24と、他の平面型スイッ
チモジュール21上に形成される複数の光パス24とを
選択的に結合する。
欠陥があるときは、この欠陥微小ミラーを含む平面型ス
イッチモジュール21のみを廃棄すればよく、光スイッ
チ装置10全体としての製造歩留まりは向上する。
すことから、装置のコンパクト化が図れる。
ールの各一辺のどこにでも光入力ポートを配置でき、同
様に他の辺のどこにでも光出力ポートを配置できること
から、入力/出力の拡張性に優れた光スイッチ装置が実
現される。
図である。なお全図を通じて同様の構成要素には同一の
参照番号または記号を付して示す。
は、各平面型スイッチモジュール21は、その表面にマ
トリクス状に配列され光パス24の方路をそのまま延長
または切り換え自在な複数の光通過/反射素子12を備
えている。
の平面型スイッチモジュール相互間で複数の光パス24
同士を選択的に結合する光パス24をその表面に形成す
るための複数の光通過/反射素子12を備えている。
装置10においては、複数の平面型スイッチモジュール
21はk枚の平面型スイッチモジュール(#1〜#k)
からなり、かつ、各平面型スイッチモジュール21は対
応する光パス24にそれぞれ光信号を入力する最大N個
の光入力ポート3を有して全体として最大k×N個の入
力ポート3を実現すると共に、各平面型スイッチモジュ
ール21は対応する光パス24からそれぞれ光信号を出
力する最大M個の光出力ポート4を有して全体として最
大k×M個の出力ポート4を実現している。
面型スイッチモジュール21の各第1の辺31に配列さ
れ、複数の光出力ポート4は複数の平面型スイッチモジ
ュール21の各第1の辺31に直交して隣接する各第2
の辺32に配列される。ここに、結合スイッチモジュー
ル22は各第1の辺31の対辺をなす各第3の辺33に
沿って配置される。
れぞれがN×Mの光スイッチを構成する複数の平面型光
スイッチモジュール21#1から21#kを、空間的に
結合する平面型の結合スイッチモジュール(N×kの光
スイッチ)22により結合し、全体として、入力Nポー
ト、出力M×kポートのN×(M×k)光スイッチを実
現する。
は、その平面内の光出力ポート4から光信号が出力され
る場合は、その平面型光スイッチモジュール21内のク
ロスポイントで光方路が変えられる。例えば本図で、チ
ャネル#2の光入力ポート3からの光を、平面型光スイ
ッチモジュール21#1の光出力ポート4#1から出力
することができる(当該経路は図示せず)。
えば21#kの光出力ポート4#2から光信号が出力さ
れる場合は、結合スイッチモジュール22における素子
12にて方路が変更され(この場合垂直方向へ)、その
平面型光スイッチモジュール21#kのスイッチ面へ伝
達される。本図の例では、チャネル#3の光入力ポート
3からの光信号は、平面型光スイッチモジュール21#
kの光出力ポート4#2から出力される様子が矢印によ
り示される。
明するための図である。ただし、図2とは見る角度を9
0°ずらし、結合モジュール22を正面に見るようにし
てある。
2には、平面型スイッチモジュール21と接続する部分
に微小ミラー(光通過/反射素子)12が水平方向に一
列にN個(#1〜#N)並べられ、微小ミラー12と、
これと垂直方向に隣接する微小ミラー12との間には、
例えばPLCといった光導波路70で実現される光パス
24が形成される。
第2の辺32および第3の辺33の交差部分に置かれた
支持金具71(およびその反対側の支持金具72)によ
って、結合スイッチモジュール22に固定される。
3の辺33と結合スイッチモジュール22との間には微
小な間隙がある。この間隙があることによって、微小ミ
ラー12が45度だけ起き上がる動作をするときに、該
微小ミラー12が平面型スイッチモジュール21にぶつ
かるのを防ぐことができる。
チモジュール21#1の光入力ポート#2から、同モジ
ュール21#kの光出力ポート#kへの光の経路を折れ
線の矢印にて示している。
を図解的に示す図である。
すような微小ミラーによる45度全反射が利用される。
この微小ミラーの配置により、同一平面内での90度方
向転換、あるいは垂直方向への90度方向転換等が可能
である。
通過となる。図2の平面型スイッチモジュール21#2
と結合スイッチモジュール22との接続部分に位置する
微小ミラー12は、光の通過を行うミラーである。この
光の通過について補足説明する。
(a),(b)および(c)を表す図である。
ように寝かす形態を表し、同図(b)は、光がミラーを
垂直に入射するようにして、光を通過させる形態を表
し、同図(c)は、ミラーの一部に光を通過する領域を
作り、そこに光が入射するようにミラーを移動させて、
光を通過させる形態を表す。
一般にミラーは、光通過材質(媒体:ガラス等)に反射
膜(フィルタ)をコーティングすることにより実現され
るから、このコーティング反射膜が垂直入射光を遮らな
いように設計することで、同図(b)および(c)の態
様を実現することができる。
る。
ポート3を、複数の平面型スイッチモジュール21の各
第1の辺31に配列し、複数の光出力ポート4を複数の
平面型スイッチモジュール21の各第1の辺31に直交
して隣接する各第2の辺32に配列し、結合スイッチモ
ジュール22を各第1の辺31の対辺をなす各第3の辺
33に沿って配置して第1の光スイッチユニット41#
1を構成し、さらに、該結合スイッチモジュール41#
1を各光パスが貫通可能にして、第1の光スイッチユニ
ット41と同一構成の第2の光スイッチユニット42を
水平方向に第1の光スイッチユニット41に対して従属
接続するようにしたものである。
ト41および42を図示するように接続して、1つの光
スイッチユニットのスイッチ規模〔N×(M×k)〕を
2倍のスイッチ規模〔N×(M×k)×2〕に拡張して
いる。
例の構成を詳細に説明するための図(その1〜その3)
である。
41#1における結合スイッチモジュール22の一部に
開けられた孔73を平面型スイッチモジュール21から
の光パス24が貫通し、または上下に反射するための微
小ミラーの構成を詳細に示したものである。すなわち微
小ミラー12を上下に動かすことのできるMEMSミラ
ー2個を45度傾けて、結合スイッチモジュール22の
孔73の近傍に配置する。
射し、垂直に反射する場合は、上側の微小ミラー12が
左下方向に出され、平面型スイッチモジュール21から
入射した光を90度反射する。これを図7(b)に示
す。
スイッチモジュール21側に水平に入射させる場合は、
下側の微小ミラー12を左上に出してその光を反射させ
る。これを図7(c)に示す。
態では、垂直方向にも水平方向にも光は通過できる。こ
れを図7(d)に示す。
1における結合スイッチモジュール22を光が貫通し、
またはそこで上下に反射することができる。
光スイッチユニット#2とを接続する部分の機構につい
ての詳細を示したものである。なお図8中、図7と示す
部分は図7の構成に相当する。
結合スイッチモジュール22の裏面側(平面型スイッチ
モジュール21を取り付けた面の反対側の面)には、L
字型の支持台75が取り付けられる。その支持台75の
上には、レンズ76と光ファイバコネクタ77とをそれ
ぞれ支持するハウジング78が固定される。
(図面に対し垂直方向に)複数(#1〜#N)並べられ
ている。このハウジング78には、光ファイバケーブル
79付きの上記光ファイバコネクタ77を挿入する。
おける結合スイッチモジュール22にも光ファイバコネ
クタ77′とレンズ76′とを具備するハウジング7
8′が取り付けられている。これらの構成により、光ス
イッチユニット41(#1)の結合スイッチモジュール
22を貫通した光は、レンズ76を通り、光ファイバケ
ーブル79を通って、光スイッチユニット42(#2)
の平面型スイッチモジュール21に入り、そのレンズ7
6′を通って微小ミラー12がマトリクス状に並ぶ部分
に入る。
分的に説明した構成を組み上げた全体構成を示す図であ
る。なお図中、光ファイバとして1本1本ばらばらにな
った構成で示したが、この他、リボン状に一体にまとめ
た光ファイバを利用することも可能である。
の考え方を説明するための図である。
ートである。拡張光入力ポート3′からの入力光信号の
うち、光出力ポート4#4に向かう光信号は、ミラー
(光通過/反射素子)12においてブロックされ、それ
より先には進めない。ただしここでは、光入力ポート3
#3からの光信号が該ミラーで反射されて光出力ポート
4#4にスイッチされる。
号は全てのミラー12′を通過して、光出力ポート4#
1に至る。このときこれらミラー12′の中の中央のミ
ラーで2つの方向の光信号が交差するが、光出力として
は何の支障もない。
4が、光出力ポート4への出力を持たない場合、拡張光
入力ポート3′からの光入力は、光出力ポート4へ接続
された状態となる。また光入力ポート3からの光パス2
4が、光出力ポート4への出力を持つ場合、拡張光入力
ポート3′からの光入力は、ミラー12により遮断さ
れ、光出力ポート4へは接続され無い状態となる。
り、図10の考え方を採り入れた構成例である。
ポート3を、複数の平面型スイッチモジュール21の各
第1の辺31に配列し、複数の光出力ポート4を複数の
平面型スイッチモジュール24の各第1の辺31に直交
して隣接する各第2の辺32に配列し、結合スイッチモ
ジュール22は各第1の辺31の対辺をなす各第3の辺
33に沿って配置してなる第1の光スイッチユニット5
1を構成し、さらに、該第1の光スイッチユニット51
と同一構成の第2の光スイッチユニット52を第3の辺
33に平行に沿って併設するようにしたものである。
て、第1の光スイッチユニット51内に示されている。
および52を接続して、1つの光スイッチユニットのス
イッチ規模〔N×(M×k)〕を2倍のスイッチ規模
〔(2×N)×(M×k)〕に拡張している。
る。
ポート3は、複数の平面型スイッチモジュールの各第1
の辺31に配列され、結合スイッチモジュール22は該
複数の平面型スイッチモジュール21の各第1の辺31
に直交して隣接する各第2の辺32に沿って配置され
る。ここに、複数の光出力ポート4は結合スイッチモジ
ュール22の一端に形成されるようにする。
N×Mの光スイッチを構成する複数の平面型光スイッチ
モジュール21#1から21#kを、それぞれの平面型
光スイッチモジュール21の光出力ポート4からの光と
して空間的に結合する平面型の出力結合スイッチモジュ
ール22(M×kの光スイッチ)により結合する。そし
て全体として、入力(N×k)ポート、出力Mポートの
(N×k)×M光スイッチを実現する。
は、その平面内での出力ポートに光信号を出力する場合
は、その平面型光スイッチモジュール21内のクロスポ
イントで光方路が変えられ、図12の例では、平面型光
スイッチモジュール21#kの光入力ポート#3からの
光は、当該平面型光スイッチモジュール21#kの光出
力ポート#1から出力され、結合スイッチモジュール2
2の光出力ポート#1から光信号が出力される。
ュールの構成例を示す図である。
2での光パス24の方路変換には、例えば図13に示す
ようなミラー12による45度全反射が利用される。ミ
ラーの配置により、同一平面内での90度方向転換、あ
るいは垂直方向への90度方向転換等が可能である。一
方ミラー12′においては、光信号は完全に通過され
る。
る。
ポート3を、複数の平面型スイッチモジュール21の各
第1の辺31に配列する。さらに該複数の平面型スイッ
チモジュール21の各第1の辺31に直交して隣接する
各第2の辺32に沿って配置され、複数の光出力ポート
4をその一端に形成すると共に、各光パス24を貫通可
能にして第1の結合スイッチモジュール22#1とな
し、さらに、該第1の結合スイッチモジュール22#1
と同一構成の第2の結合スイッチモジュール22#2を
該第1の結合スイッチモジュール22#1に併設して、
該第2の結合スイッチモジュール22#2の一端に複数
の光出力ポート4を形成するようにしたものである。
を接続して、1つのスイッチ群のスイッチ規模〔(N×
k)×M〕を2倍のスイッチ規模〔(N×k)×(M×
2)〕にすることができる。
の考え方を説明するための図である。
ポートである。光入力ポート3#3からの入力光信号の
うち、光出力ポート4#4に向かう光信号は、図示する
ミラー(光通過/反射素子)12においてブロックさ
れ、拡張光出力ポート4′へは進めない。
は、全てオフとなっているミラー12′にてブロックさ
れずに、拡張光出力ポート4′に進む。この場合、光入
力ポート3からの光パス24が、光出力ポート4への出
力を持たない場合、光入力ポート3からの光入力は、拡
張光出力ポート4′へ接続された状態となる。また光入
力ポート3からの光パス24が、光出力ポート4への出
力を持つ場合、光入力ポート3からの光入力は、ミラー
12によりしゃ断され、拡張光出力ポート4′へ接続さ
れ無い状態となる。
り、図15の考え方を採り入れた構成例である。
ポート3を、複数の平面型スイッチモジュール21の各
第1の辺31に配列し、複数の平面型スイッチモジュー
ル21の各第1の辺31に直交して隣接する各第2の辺
32に沿って配置すると共に一端に複数の光出力ポート
4を形成してなる第1の光スイッチユニット61を構成
し、さらに、該第1の光スイッチユニット61と同一構
成の第2の光スイッチユニット62を第2の辺32に平
行に沿って併設するようにしたものである。
て、第1の光スイッチユニット61内に示されている。
および62を接続して、1つの光スイッチユニットのス
イッチ規模〔(N×k)×M〕を2倍のスイッチ規模
〔(N×k)×(M×2)〕に拡張している。
数の平面型スイッチモジュールを平面型の結合スイッチ
モジュールで空間的に結合し、大規模かつコンパクトな
光スイッチ装置が実現される。
用する場合は製造歩留まりを高めることができる。
数結合させることにより、順次規模の大きな光スイッチ
装置を実現することができる。
利用することから、よりコンパクトでしかもハンドリン
グし易い部品構造を実現することができる。
の図である。
示す図である。
および(c)を表す図である。
の図(その1)である。
の図(その2)である。
の図(その3)である。
説明するための図である。
成例を示す図である。
説明するための図である。
る。
スイッチ装置を示す図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 各々が水平方向に配置され、かつ、相互
に垂直方向に積み重ねて配置される、複数の平面型スイ
ッチモジュールと、 前記複数の平面型スイッチモジュールの各一辺に沿って
垂直方向に配置され、1つの前記平面型スイッチモジュ
ール上に形成される複数の光パスと、他の前記平面型ス
イッチモジュール上に形成される複数の光パスとを選択
的に結合する少なくとも1つの結合スイッチモジュール
とから構成されることを特徴とする光スイッチ装置。 - 【請求項2】 各前記平面型スイッチモジュールは、そ
の表面にマトリクス状に配列され前記光パスの方路をそ
のまま延長または切り換え自在な複数の光通過/反射素
子を備え、 各前記結合スイッチモジュールは、前記複数の平面型ス
イッチモジュール相互間で前記複数の光パス同士を選択
的に結合する光パスをその表面に形成するための複数の
光通過/反射素子を備えることを特徴とする請求項1に
記載の光スイッチ装置。 - 【請求項3】 前記複数の平面型スイッチモジュールは
k枚の平面型スイッチモジュールからなり、かつ、各該
平面型スイッチモジュールは対応する前記光パスにそれ
ぞれ光信号を入力する最大N個の光入力ポートを有して
全体として最大k×N個の入力ポートを実現すると共
に、各該平面型スイッチモジュールは対応する前記光パ
スからそれぞれ光信号を出力する最大M個の光出力ポー
トを有して全体として最大k×M個の出力ポートを実現
することを特徴とする請求項1に記載の光スイッチ装
置。 - 【請求項4】 複数の前記光入力ポートは、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列され、複
数の前記光出力ポートは該複数の平面型スイッチモジュ
ールの前記各第1の辺に直交して隣接する各第2の辺に
配列され、ここに、前記結合スイッチモジュールは前記
各第1の辺の対辺をなす各第3の辺に沿って配置される
ことを特徴とする請求項3に記載の光スイッチ装置。 - 【請求項5】 複数の前記光入力ポートは、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列され、前
記結合スイッチモジュールは該複数の平面型スイッチモ
ジュールの前記各第1の辺に直交して隣接する各第2の
辺に沿って配置され、ここに、複数の前記光出力ポート
は該結合スイッチモジュールの一端に形成されることを
特徴とする請求項3に記載の光スイッチ装置。 - 【請求項6】 複数の前記光入力ポートを、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列し、複数
の前記光出力ポートを該複数の平面型スイッチモジュー
ルの前記各第1の辺に直交して隣接する各第2の辺に配
列し、前記結合スイッチモジュールを前記各第1の辺の
対辺をなす各第3の辺に沿って配置して第1の光スイッ
チユニットを構成し、さらに、該結合スイッチモジュー
ルを各前記光パスが貫通可能にして、該第1の光スイッ
チユニットと同一構成の第2の光スイッチユニットを前
記水平方向に該第1の光スイッチユニットに対して従属
接続することを特徴とする請求項4に記載の光スイッチ
装置。 - 【請求項7】 複数の前記光入力ポートを、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列し、複数
の前記光出力ポートを該複数の平面型スイッチモジュー
ルの前記各第1の辺に直交して隣接する各第2の辺に配
列し、前記結合スイッチモジュールは前記各第1の辺の
対辺をなす各第3の辺に沿って配置してなる第1の光ス
イッチユニットを構成し、さらに、該第1の光スイッチ
ユニットと同一構成の第2の光スイッチユニットを前記
第3の辺に平行に沿って併設することを特徴とする請求
項4に記載の光スイッチ装置。 - 【請求項8】 複数の前記光入力ポートを、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列し、 該複数の平面型スイッチモジュールの各第1の辺に直交
して隣接する各第2の辺に沿って配置され、複数の前記
光出力ポートをその一端に形成すると共に、各前記光パ
スを貫通可能にして第1の前記結合スイッチモジュール
となし、さらに、該第1の結合スイッチモジュールと同
一構成の第2の結合スイッチモジュールを該第1の結合
スイッチモジュールに併設して、該第2の結合スイッチ
モジュールの一端に複数の前記光出力ポートを形成する
ことを特徴とする請求項5に記載の光スイッチ装置。 - 【請求項9】 複数の前記光入力ポートを、複数の前記
平面型スイッチモジュールの各第1の辺に配列し、該複
数の平面型スイッチモジュールの前記各第1の辺に直交
して隣接する各第2の辺に沿って配置すると共に一端に
複数の前記光出力ポートを形成してなる第1の光スイッ
チユニットを構成し、さらに、該第1の光スイッチユニ
ットと同一構成の第2の光スイッチユニットを前記第2
の辺に平行に沿って併設することを特徴とする請求項5
に記載の光スイッチ装置。 - 【請求項10】 前記光通過/反射素子は、MEMS
(Micro Electronic Mechani
cal System)によって形成されることを特徴
とする請求項1に記載の光スイッチ装置。
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