JP2003161900A - 収束する光学要素を有する光スイッチ - Google Patents

収束する光学要素を有する光スイッチ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 収束する光学要素を有する光スイッチを提供
する。 【解決手段】 入力光ビームを受信してコリメーション
し、かつこれを出力する入力コリメータと、出力コリメ
ータと、前記の入力コリメータから前記の光ビームを受
信するように配置された入力ミラーと、前記の入力ミラ
ーにより反射された前記の光ビームを受信するように配
置されかつ前記の光ビームを前記の出力コリメータに反
射する出力ミラーと、前記の入力ミラーにより反射され
た前記の光ビームを受信するように配置されかつ前記の
光ビームを前記の出力ミラーに反射する収束光学要素
と、を含むことを特徴とする、光スイッチ。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光スイッチに関
し、さらに詳しくは、収束する光学要素を有する光スイ
ッチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】異なった光ファイバの間において光信号
をスイッチする光スイッチは周知である。周知の光スイ
ッチ１００は、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃ及び図１Ｄに示
されている。光スイッチ１００は、関連する光ファイバ
５０を介してそれぞれ光信号を表わす多重光ビームを受
信する入力コリメータアレイ１１０からなる。明瞭にす
るために、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｄ及び図１Ｄに１つの
光ファイバだけが示されている。光ビームは入力コリメ
ータアレイ１１０から出力され、かつ入力マイクロミラ
ーアレイ１２０の一部を形成する第１のマイクロミラー
に向けられる。第１のマイクロミラーは、出力マイクロ
ミラーアレイ１２１の一部を形成する第２のマイクロミ
ラーに光を向けるように、少なくとも１つの軸の回りで
回転可能である。第２のマイクロミラーは、第２のマイ
クロミラーに対応するコリメータに第１のマイクロミラ
ーから受信された光ビームを向けるように、少なくとも
１つの軸の回りで回転可能である。コリメータは、出力
コリメータ１１１の一部である。マイクロミラーアレイ
１２０及び１２１は、それぞれマイクロミラー２５を組
込んでいる（図１Ｃ）。
【０００３】光スイッチ１００において、入力コリメー
タアレイ１１０は、このコリメータに関連するマイクロ
ミラーの中心にそれぞれのコリメータによって出力され
た光ビームが当たるようにするために、入力マイクロミ
ラーアレイ１２０に関してきわめて正確に整列してなけ
ればならない。入力コリメータアレイ全体にわたってこ
の整列を達成するために、コリメータは、これらが互い
に正確に平行である光ビームを出力するように、整列さ
れていなければならない。このような精度は、製品にお
いて達成するために困難であり、かつ高価である。追加
的に入力コリメータアレイは、それぞれが入力ミラーア
レイにおいて収束する出力光ビームを発生する特別注文
のコリメータを組込まなければならない。このことは、
平行な出力光ビームを発生する標準的なコリメータを利
用するよりもあまり便利ではなく、かつさらに高価であ
る。
【０００４】同様な考えは、出力コリメータ１１１に適
用され、このアレイは、特定の出力マイクロミラーによ
って反射された光信号が出力コリメータアレイのその関
連するコリメータに適当に結合されることを確実にする
ように、出力マイクロミラーアレイ１２１に精密に整列
しなければならない。さらに光ビームは、入力マイクロ
ミラーアレイから出力マイクロミラーアレイへ直接伝搬
する。前記のように、入力コリメータアレイのコリメー
タは、光ビームが入力マイクロミラーアレイにおいて正
しいウエスト及び曲率を有することを保証するように構
成するようにする。さもなければ入力マイクロミラーア
レイから出力マイクロミラーアレイへの光ビームの自由
空間伝搬の結果、出力マイクロミラーアレイのマイクロ
ミラーよりもずっと大きくなるように光ビームが広が
る。
【０００５】周知の光スイッチの第２の例は、図１Ｄに
示されている。これにおいて、固定のミラー１２５が、
入力マイクロミラーアレイ１２０から出力マイクロミラ
ーアレイ１２１への光ビームの再方向付けのために、入
力マイクロミラーアレイ１２０と出力マイクロミラーア
レイ１２１との間に挿入されている。このような入力マ
イクロミラーアレイと出力ミラーアレイとの間の光経路
の折返しは、光スイッチの寸法を減少する。しかしなが
ら固定のミラー１２５が平らである場合、それぞれ入力
及び出力マイクロミラーアレイ１２０及び１２１の間の
ビーム直径の拡大又は縮小は、ミラーが存在しないかの
ように生じる。前記のように、入力コリメータのコリメ
ータは、入力マイクロミラーアレイ１２０において光ビ
ームの適当なウエストｗ0及び曲率を保証するように構
成された特別注文装置であるようにする。
【０００６】上記した光スイッチにおいて、出力マイク
ロミラーアレイにおけるビーム寸法は、マイクロミラー
がどのくらい小さくできるかを制限する。大きなマイク
ロミラーは、光スイッチの物理的な寸法を増大し、かつ
これらを迅速にスイッチするためにさらに大きなエネル
ギーを必要とする。さらにマイクロミラーより大きなビ
ーム寸法は、光信号を減衰し、かつ追加的に光スイッチ
を通過する異なった光信号の間の漏話を生じる結果にな
ることがある。前記のように、マイクロミラーアレイと
そのそれぞれのコリメータとの間の整列も微妙である。
最後に今記載した光スイッチにおいて、アレイの縁にか
つその近くに配置されたマイクロミラーのものの角度範
囲のほぼ半分は無駄になる。このことは、すべてのマイ
クロミラーが通常望ましいものと同一である場合、マイ
クロミラーの製造が、これらに増加した角度範囲を提供
することを必要とするために必要なものよりも困難であ
ることを意味する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、光スイッ
チを通過する光ビームのビーム寸法がマイクロミラーア
レイにおいて小さく、マイクロミラーアレイとそのそれ
ぞれのコリメータとの間の整列があまり微妙ではなく、
コリメータが正確に平行な光ビームを出力しなくともよ
く、光の平行なビームを発生する標準的なコリメータが
利用でき、かつアレイの中心に近いマイクロミラーのも
のに相当する角度範囲を有するマイクロミラーが完全に
利用できる、光スイッチが必要である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、入力コリメー
タ、出力コリメータ、入力ミラー、出力ミラー、及び収
束光学要素からなる光スイッチを提供する。入力コリメ
ータは、入力光ビームを受信し、コリメーションし、か
つ出力する。入力ミラーは、入力コリメータからの光ビ
ームを受信するように配置されている。出力ミラーは、
入力ミラーにより反射された光ビームを受信するように
配置されかつ光ビームを出力コリメータに反射する。収
束光学要素は、入力ミラーにより反射された光ビームを
受信するように配置されかつ光ビームを出力ミラーに反
射する。
【０００９】収束光学要素は、出力ミラーにおける光ビ
ームのウエストが入力ミラーにおけるものと同様な寸法
になるように、入力ミラー及び出力ミラーに対して相対
的に配置されている。
【００１０】結像要素は、入力コリメータ及び出力コリ
メータのいずれか又は両方と入力ミラー及び出力ミラー
のそれぞれ１つとの間に配置できる。結像要素は、コリ
メータとそのそれぞれのミラーとの間の整列をあまり微
妙でないようにし、アレイの一部を形成するコリメータ
が種々の角度でそれぞれの光ビームを出力することを可
能にし、かつミラーの角度運動の全範囲を利用できるよ
うにする。
【００１１】本発明は、入力コリメータ、出力コリメー
タ、入力ミラー、出力ミラー、及び結像要素からなる光
スイッチも提供する。入力コリメータは、入力光ビーム
を受信し、コリメーションし、かつ出力する。入力ミラ
ーは、入力コリメータから光ビームを受信するように配
置されている。出力ミラーは、入力ミラーにより反射さ
れた光ビームを受信するように配置され、かつ光ビーム
を出力コリメータに反射する。結像要素は、入力ミラー
及び出力ミラーのそれぞれ１つに入力コリメータ及び出
力コリメータの少なくとも１つを結像する。結像要素に
よって与えられる利点は、前に説明されている。
【００１２】追加的に本発明は、光信号をスイッチする
第１の方法を提供する。この方法において、入力ミラー
及び出力ミラーを含む光スイッチが提供される。光ビー
ムが受信され、入力ミラーに向けられる。入力ミラーの
配向は、出力ミラーに光ビームを向けるために調節され
る。光ビームは、入力ミラーによって反射された後かつ
出力ミラーによって反射される前に、収束される。出力
ミラーの配向も調節される。
【００１３】最後に本発明は、光信号をスイッチする第
２の方法を提供する。この方法において、入力コリメー
タ、入力ミラー、出力ミラー及び出力コリメータを含む
光スイッチが提供される。入力コリメータ及び出力コリ
メータの少なくとも１つは、入力ミラー及び出力ミラー
のそれぞれ１つに結像される。光ビームは、入力コリメ
ータにおいて受信される。入力ミラーの配向は、出力ミ
ラーに光ビームを向けるように調節される。出力ミラー
の配向も調節される。
【００１４】本発明のその他の装置、方法、特徴及び利
点は、次の図面及び詳細な説明を考察すれば、当該技術
分野の通常の専門家には明らかであり、又は明らかにな
るであろう。この説明において開示されるすべてのこの
ような追加的な装置、方法、特徴及び利点は、本発明の
権利範囲内にあり、かつ特許請求の範囲によって保護さ
れるものである。
【００１５】本発明は、図面を参照することによって一
層良好に理解することができる。図面における部品は、
必ずしも適正スケールになっておらず、その代わりに本
発明を明確に図示する際に、強調がなされている。さら
に図面において、類似の参照符号は、いくつかの図にわ
たって対応する部分を表わすために利用される。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明による光スイッチの実施例
２００は、図２Ａ及び図２Ｂを引用して説明する。光ス
イッチ２００は、入力コリメータアレイ２１０及び出力
コリメータアレイ２１１、及び入力コリメータアレイと
出力コリメータアレイの間において：入力結像要素２０
１、入力マイクロミラーアレイ２２０、収束光学要素２
２５、出力マイクロミラーアレイ２２１、出力結像要素
２０２の順序で配置された要素から構成されている。
【００１７】入力コリメータアレイ２１０は、複数の入
力コリメータ２１３から構成されている。それぞれの入
力コリメータ２１３は、光信号を表わす光ビームを受け
取る。入力コリメータは、入力マイクロミラーアレイ２
２０の関連する入力ミラー（図示せず）に向けられた実
質的に平行なビームを発生するために、光ビームを広
げ、かつコリメーションする。光ビームＲ１は、入力光
ファイバ７５を介して入力コリメータ２１５に受信され
る。その代わりに１つ又は複数の入力マイクロミラーに
向けられた光のコリメーションされたビームは、それぞ
れの光ファイバ及びコリメータとは別のいくつかの別の
方法において製造してもよい。例は、レーザダイオード
によって出力される光のビーム及び格子又はその他の光
ファイバの出力を含んでいる。
【００１８】出力コリメータアレイ２１１は、複数の出
力コリメータ２１４から構成されている。それぞれの出
力コリメータは、光スイッチ２００からの出力のため
に、出力マイクロミラーアレイ２２１の関連する出力マ
イクロミラー（図示せず）から受信された光ビームを集
束する。光ビームＲ１は、出力コリメータ２１６を介し
て出力光ファイバ８５に出力される。その代わりに１つ
又は複数の出力コリメータは省略することができ、かつ
関連する出力マイクロミラーにより反射された対応する
光ビームは、別の光学又は電気光学要素に直接通過する
ことができる。
【００１９】入力結像要素２０１は、入力コリメータア
レイ２１０と入力マイクロミラーアレイ２２０との間に
配置されている。
【００２０】湾曲したミラー２２５は、入力マイクロミ
ラーアレイ２２０と出力マイクロミラーアレイ２２１と
の間の光経路上に配置されている。湾曲したミラー２２
５は、マイクロミラーアレイがそれぞれ後に図３Ａを引
用してさらに詳細に説明するように、その焦点面上に又
はその近くにあるように、マイクロミラーアレイ２２０
及び２２１に対して相対的に配置されている。
【００２１】湾曲したミラー２２５は、凹面状の反射面
を有するという意味において湾曲している。凹面反射面
は、球形又は非球形であってもよい。湾曲したミラー
は、収束光学要素の例である。湾曲したミラー２２５の
代わりに利用することができる収束光学要素の例は、少
なくとも１つの凸状の球面又は非球面を有するレンズ、
収束フレネルレンズ、収束回折光学要素、光を収束する
ことができるその他の要素、及びこのような要素の組合
せを含む。この開示において利用される場合、用語、レ
ンズは、単一及び多重要素レンズを含む。図示した湾曲
したミラーの代わりに、透過収束光学要素を利用した場
合、光スイッチの残りの要素は、したがって再配置され
る。その代わりに透過収束光学要素と非湾曲ミラーの組
合せは、残りの要素の再配置を行なうことなく利用する
ことができる。
【００２２】出力結像要素２０２は、出力マイクロミラ
ーアレイ２２１と出力コリメータアレイ２１１との間に
配置されている。
【００２３】入力結像要素２０１及び出力結像要素２０
２は、図面において両凸レンズとして示されている。し
かしながらこのことは、本発明にとって微妙ではない。
結像要素２０１及び２０２の機能は、その代わりにそれ
ぞれ例えば収束ミラー、少なくとも１つの凸面を有する
レンズ、フレネルレンズ、回折光学要素、光を収束する
ことができるその他の光学要素、又はこのような要素の
組合せによって行なうことができる。
【００２４】図２Ａは、入力ミラーアレイ２２０及び出
力ミラーアレイ２２１のマイクロミラー２５０（図２
Ｂ）の機能を図示するために、２つの光ビーム経路Ｒ１
及びＲ２を示している。光信号を表わす光ビームＲ１
は、入力コリメータ２１５によって受信され、このコリ
メータは、入力コリメータアレイ２１０を構成する入力
コリメータ２１３のうちの１つである。光スイッチ２０
０は、出力コリメータ２１６への光ビームＲ１をスイッ
チするように配置されており、このコリメータは、出力
コリメータアレイ２１１の出力コリメータ２１４のうち
の１つである。
【００２５】入力コリメータ２１５によって出力される
光ビームＲ１は、コリメータ２１５からマイクロミラー
アレイ２２０の相応するマイクロミラー（図示せず）に
移動する。このマイクロミラーは、入力マイクロミラー
と称する。入力コリメータから入力マイクロミラーに通
過するとき、光ビームＲ１は、入力結像要素２０１を通
過する。入力結像要素は、入力コリメータアレイを入力
マイクロミラーアレイ上に結像する。したがって入力コ
リメータ２１５によって出力されるすべての光は、入力
マイクロミラーを照明する。
【００２６】入力マイクロミラーは、光ビームＲ１を湾
曲したミラー２２５に向かって反射する。湾曲したミラ
ー２５５は、光ビームＲ１を出力コリメータ２１６に対
応する出力マイクロミラーアレイ２２１のマイクロミラ
ーに反射する。このマイクロミラーは、出力マイクロミ
ラーと称する。追加的に湾曲したミラーは、光ビームＲ
１を再収束するので、出力マイクロミラーにおける光ビ
ームのウエスト寸法は、入力ミラーにおけるものにほぼ
等しい。
【００２７】出力マイクロミラーは、光ビームＲ１を出
力コリメータ２１６上に反射する。出力マイクロミラー
から出力コリメータに通過するとき、光ビームＲ１は、
出力結像要素２０２を通過する。出力結像要素は、出力
コリメータアレイを出力マイクロミラー上に結像する。
したがって出力マイクロミラーによって反射されるすべ
ての光は、出力コリメータを照明する。
【００２８】同様に光ビームＲ２は、入力コリメータ２
１７から出力コリメータ２１８へ、光ビームＲ１のもの
とは異なった光経路に沿って光スイッチを通過する。
【００２９】図２Ｂは、入力マイクロミラーアレイ２２
０の例を示している。同様な構造は、出力マイクロミラ
ーアレイ２２１として利用することができる。マイクロ
ミラーアレイは、２次元アレイに配置されたマイクロミ
ラー２５０からなる。４×４のアレイが示されている。
１次元アレイも含めてその他の正方形又は長方形のアレ
イが、入力マイクロミラーアレイとして利用できる。入
力コリメータアレイ２１０は、入力マイクロミラーアレ
イ２２０と同じアレイ寸法を有するので、それぞれのア
レイにおいてコリメータとマイクロミラーとの間に、対
応が存在する。同様な構造は、出力マイクロミラーアレ
イ２２１として利用でき、かつ前記のものと同様な関係
が、出力コリメータアレイと出力マイクロミラーアレイ
とのアレイ寸法の間に存在する。
【００３０】図２Ｃは、図２Ｂに示した入力マイクロミ
ラーアレイ２２０の例としての１つのマイクロミラー２
５０の回転軸の例を示している。残りのマイクロミラー
は、同様な回転軸を有する。２つの直交する回転軸（ｘ
及びｙ）が示されている。１次元のマイクロミラーアレ
イにおいて、マイクロミラーは、１つの回転軸の回りで
回転するだけでよい。それぞれのマイクロミラー２５０
の寸法は、ほぼ０．２５ｍｍからほぼ１０ｍｍの範囲内
にある。
【００３１】マイクロミラー２５０は、次のものを含む
が限定されるわけではないいくつかの方法において、そ
の１つ又は複数の回転軸の回りで回転することができ
る：（１）マイクロミラーの下に配置された電極への電
圧の供給、（２）マイクロミラーに取付けられたピボッ
トアームを駆動する１つ又は複数の表面駆動装置、
（３）マイクロミラーに取付けられたピボットアームを
駆動する１つ又は複数のくし形駆動アクチュエータ、
（４）マイクロミラーの回転と一致して利用される持ち
上げアームを駆動する１つ又は複数のくし形駆動アクチ
ュエータ、（５）外部磁界を加えたときにマイクロミラ
ーを回転させるマイクロミラーに取付けられた磁気永久
又は誘導ダイポール要素、及び（６）マイクロミラーの
非反射側における軟磁石材料及び取付けられたコイルを
含む３アーム磁気接極子。
【００３２】少なくとも１つの回転軸の回りの入力マイ
クロミラーの回転は、出力マイクロミラー上への光ビー
ムをかじ取りする。入力マイクロミラーから出力マイク
ロミラーへ通過する光ビームは、湾曲したミラー２２５
によって反射されかつ収束される。少なくとも１つの回
転軸の回りの出力マイクロミラーの回転は、光ビームが
実効的に出力コリメータに結合される入射角において出
力マイクロミラーに対応する出力コリメータに光ビーム
を侵入させるように光ビームをかじ取りする。出力コリ
メータへの光ビームの実効的な結合を達成するための出
力マイクロミラーの回転は、出力マイクロミラーにおけ
る光ビームの入射角に依存している。
【００３３】図３Ａは、光スイッチ２００を通過すると
きの例としての光ビームＲのプロファイルを示してい
る。入力マイクロミラーアレイ２２０及び出力マイクロ
ミラーアレイ２２１は、湾曲したミラー２２５の焦点面
ＦＰに配置されている。その結果、光ビームＲが入力マ
イクロミラーアレイ２２１から離れる角度ｔは、湾曲し
たミラーが光ビームを反射する出力マイクロミラーアレ
イ２２０の出力ミラーの同一性を判定する。
【００３４】入力結像要素２０１は、入力コリメータア
レイを入力マイクロミラーアレイ２２０上に結像する。
したがって光ビームＲは、入力マイクロミラーアレイ２
２０の入力マイクロミラー上に収束する。光ビームＲが
入力マイクロミラーにおいてウエスト寸法ｗ0を有する
場合、出力マイクロミラーアレイ２２１の出力マイクロ
ミラーにおける光ビームのウエスト寸法ｗ1は、次のよ
うに表現することができる： ｗ1＝ｆλ／πｗ0 （１）
【００３５】したがって湾曲したミラー２２５の焦点距
離をｆ＝πｗ0 2／λであるように選択し、その際、λが
光ビームの波長であることによって、出力マイクロミラ
ーアレイ２２１における光ビームのウエスト寸法ｗ
1は、入力マイクロミラーアレイ２２０におけるウエス
ト寸法ｗ0と同一であろう。入力マイクロミラーアレイ
２２０及び出力マイクロミラーアレイ２２１は、焦点面
からの距離の増大とともに前記のウエスト寸法の同一性
の累進的な損失を犠牲にして、湾曲したミラーの焦点面
の外に取付けてもよい。
【００３６】湾曲したミラー２２５は、入力マイクロミ
ラーアレイ２２０のマイクロミラーの寸法より小さなウ
エスト寸法に入力結像要素２０１によって収束される光
ビームも出力マイクロミラーアレイ２２１のマイクロミ
ラーの寸法より小さいウエスト寸法を有することを確実
にする。このことは、漏話及びビーム減衰のような不所
望な補助的効果なしに、マイクロミラーの寸法を小さく
すること、及びマイクロミラーアレイのピッチをマイク
ロミラーの寸法と比較可能にすることを可能にする。
【００３７】追加的に入力マイクロミラーアレイ２２０
と出力マイクロミラーアレイ２２１との間に湾曲したミ
ラー２２５を挿入することは、マイクロミラーアレイに
おけるその位置に関係なく、マイクロミラーアレイを構
成するマイクロミラーの角度範囲を実質的に同じにす
る。したがって前記の通常の光スイッチと相違して、マ
イクロミラーアレイのすべてのマイクロミラーの全角度
範囲が利用される。
【００３８】図３Ｂは、出力マイクロミラーアレイ２２
１と出力コリメータ２１１との間の光スイッチ２００の
部分をさらに詳細に示している。次に説明するものと同
様な考えは、入力コリメータアレイ２１０と入力ミラー
アレイ２２０との間の光スイッチの部分にも適用され
る。出力結像要素２０２、出力マイクロミラーアレイ２
２１及び出力コリメータアレイ２１１は、出力コリメー
タアレイの結像面ＩＰ２に出力マイクロミラーアレイを
配置するように互いに相対的に配置されている。今説明
したように配置された要素によって、出力結像要素は、
出力コリメータ上に出力ミラーの像を形成し、かつその
逆に像を形成する。それにより出力マイクロミラーアレ
イ２２１のマイクロミラーによって反射されたすべての
光は、出力コリメータアレイ２１１の対応する出力コリ
メータ２１６を照明する。
【００３９】しかしながら、出力コリメータ２１６の単
なる照明は不十分である。出力光ファイバ８５のような
光ファイバの案内モードに光ビームを効率的に結合する
ために、出力コリメータ２１６における光ビームの入射
角は、角度α0の近くにする。角度α０は、出力コリメ
ータ２１６を入力コリメータとして利用する場合に出力
コリメータ２１６が光ビームを放出する角度である。前
記のように、角度α0は、所定のコリメータアレイのコ
リメータの間において相違する。光ビームを出力光ファ
イバ８５に効率的に結合するために、出力マイクロミラ
ーアレイ２２１における出力マイクロミラーは、出力コ
リメータ２１６に侵入する光ビームの入射角を正確にα
０に制御するために、少なくとも１つの軸の回りで回転
する。
【００４０】図３Ｂは、例としての出力マイクロミラー
２５２に入射するビームＲ、出力マイクロミラーアレイ
２２１のマイクロミラー２５０の１つ、及び出力マイク
ロミラー２５２の２つの異なった回転状態において反射
される光ビームＲ１及びＲ２を示している。出力マイク
ロミラーの回転状態に関係なく、光ビームＲ１及びＲ２
は、出力コリメータ２１６を照明する。しかしながらマ
イクロミラー２５２の回転状態は、光ビームＲが、マイ
クロミラー２５２によって反射された後に、実効的に出
力コリメータに結合される入射角α0において出力コリ
メータに当たるように、設定しなければならない。反射
された光ビームＲ１のように入射光ビームＲを反射する
マイクロミラー２５２の回転状態において、出力コリメ
ータにおける反射された光ビームＲ１の入射角は、α0
とは相違する。その結果、反射された光ビームＲ１は、
出力コリメータに実効的に結合されない。光ビームＲ２
のように入射光ビームＲを反射するマイクロミラー２５
２の回転状態において、出力コリメータにおける反射さ
れた光ビームＲ２の入射角は、α0に等しい。その結
果、光ビームＲ２は、出力コリメータに実効的に結合さ
れる。
【００４１】図４は、入力結像要素２０１の代案実施例
４００を示している。結像要素４００は、追加的に又は
その代わりに出力結像要素として利用することができる
（図２Ａ）。結像要素４００は、それぞれｆの焦点距離
を有するレンズ４０１及び４０２からなる。レンズは、
光軸Ａ上に中心配置されており、かつレンズの焦点距離
の２倍の距離だけ、すなわち２ｆだけ離されている。結
像要素４００、入力コリメータアレイ２１０及び入力マ
イクロミラーアレイは、図４に示すように、レンズ４０
１が入力コリメータアレイ２２０から距離ｆのところに
あり、かつレンズ４０２がマイクロミラーアレイから距
離ｆのところにあるように、互いに配置されている。
【００４２】もう一度図２Ａに、かつ追加的に図４によ
れば、結像要素４００は、入力結像要素２０１として利
用する場合、入力コリメータアレイ２１０によって入力
マイクロミラーアレイ２２０に出力される光ビームの間
の入射角における変化を減少する。入力コリメータアレ
イ２１０によって出力される光ビームは、光ビームＲ１
及びＲ２を含む。結像要素４００を通過した後に、入力
コリメータ２１３のいずれかによって出力された光ビー
ムＲは、入力コリメータから放出されたものと同じ角度
で、かつ入力コリメータアレイにおける入力コリメータ
の位置に関係なく、入力マイクロミラーアレイ２２０の
対応する入力ミラーに入射する。同じ利得は、結像要素
４００を出力結像要素２０２として利用したときに得ら
れる。
【００４３】結像要素４００は、両凸球面レンズである
２つのレンズからなるものとして示されている。光を収
束することができる別の光学要素は、図示されたレンズ
の代わりに利用することができ、凹面ミラー、少なくと
も１つの凸面を有するレンズ又はレンズ組合せ、フレネ
ルレンズ、回折光学要素又はこのような要素の組合せを
含むことができるが、これに限定されるわけではない。
【００４４】湾曲したミラーは、マイクロミラーアレイ
２２０及び２２１を構成するマイクロミラーの寸法があ
まり重要ではない場合のように、光ビームのウエスト寸
法があまり重要ではない用途において省略してもよい。
図５は、図２Ａに示した湾曲したミラー２２５の代わり
に平らなミラー３３０を組込んだ本発明による光スイッ
チの第２の実施例を示している。図２Ａに示された光ス
イッチ２００の要素に対応する光スイッチ３００の要素
は、同じ参照符号を用いて示されており、かつここにお
いて再び説明しない。光スイッチ３００の要素は、平ら
なミラーがマイクロミラーアレイを配置すべき焦点面を
持たないことを除いて、光スイッチ２００の要素と同様
に配置されている。
【００４５】光スイッチ３００において、結像要素２０
１及び２０２の前記の利点は、湾曲したミラー又はその
他の光学収束要素を持たないにもかかわらず取得され
る。
【００４６】光スイッチ３００の代替実施例において、
平らなミラー３３０は、省略してもよく、かつ要素は、
図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｄに示したものと同様に再配置
してもよいが、入力コリメータ２１０と入力マイクロミ
ラーアレイ２２０の間に配置された入力結像要素２０
１、及び出力マイクロミラーアレイ２２１と出力コリメ
ータアレイ２１１との間に配置された出力結像要素２０
２を含めて再配置してもよい。
【００４７】この開示が、本発明の実例としての実施例
を詳細に説明するとはいえ、本発明が記載された正確な
実施例に限定されるわけではなく、かつ添付の特許請求
の範囲によって定義される本発明の権利範囲内において
種々の変形が実施できることは、明らかである。
【００４８】
【発明の効果】本発明によれば、光スイッチを通過する
光ビームのビーム寸法がマイクロミラーアレイにおいて
小さく、コリメータが正確に平行な光ビームを出力しな
くともよく、光の平行なビームを発生する標準的なコリ
メータが利用でき、かつ、アレイの中心に近いマイクロ
ミラーのものに相当する角度範囲を有するマイクロミラ
ーを利用可能な光スイッチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】周知の光スイッチの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示した周知の光スイッチの斜視図で
ある。
【図１Ｃ】４×４のマイクロミラーアレイの正面図であ
る。
【図１Ｄ】別の周知の光スイッチの平面図である。
【図２Ａ】本発明による光スイッチの平面図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した光スイッチの例としての４×
４のマイクロミラーアレイの正面図である。
【図２Ｃ】図２Ｂに示したマイクロミラーアレイのマイ
クロミラーの例としての回転軸を示す斜視図である。
【図３Ａ】光スイッチを通過するときの光信号のビーム
寸法を示す本発明による光スイッチの平面図である。
【図３Ｂ】本発明による光スイッチの１つの結像要素の
第１の例としての実施例を示す平面図である。
【図４】本発明による光スイッチ１つの結像要素の第２
の例としての実施例を示す平面図である。
【図５】本発明による光スイッチの第２の実施例を示す
図である。
【符号の説明】
２００ 光スイッチ ２０１ 入力結像要素 ２０２ 出力結像要素 ２１０ 入力コリメータアレイ ２２１ 出力コリメータアレイ ２２０ 入力マイクロミラーアレイ ２２１ 出力マイクロミラーアレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ストアーズ・ティ・ホーエン アメリカ合衆国カリフォルニア州94304, パロ・アルト，ディーア・クリーク・ロー ド 3500，エム／エス26エム−２ Ｆターム(参考） 2H037 AA01 BA32 CA16 DA04 DA05 2H041 AA16 AB14 AC03 AC06 AZ05 2H087 KA22 TA01 TA05

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力光ビームを受信してコリメーション
    し、かつ、これを出力する入力コリメータと、 出力コリメータと、 前記の入力コリメータから前記の光ビームを受信するよ
    うに配置された入力ミラーと、 前記の入力ミラーにより反射された前記の光ビームを受
    信するように配置されかつ前記の光ビームを前記の出力
    コリメータに反射する出力ミラーと、 前記の入力ミラーにより反射された前記の光ビームを受
    信するように配置されかつ前記の光ビームを前記の出力
    ミラーに反射する収束光学要素とを含むことを特徴とす
    る、光スイッチ。
  2. 【請求項２】 さらに加えて、前記入力ミラーおよび前
    記出力ミラーのそれぞれ１つに、前記入力コリメータお
    よび前記出力コリメータの少なくとも１つを結像する結
    像手段を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光ス
    イッチ。
  3. 【請求項３】 前記収束光学要素が第１の収束光学要素
    であり、かつ前記結像手段が第２の収束光学要素を含む
    ことを特徴とする、請求項２に記載の光スイッチ。
  4. 【請求項４】 前記第２の収束光学要素が、少なくとも
    １つの凸面を有するレンズ、フレネルレンズおよび回折
    光学要素のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とす
    る、請求項３に記載の光スイッチ。
  5. 【請求項５】 前記収束光学要素が第１の収束光学要素
    であり、かつ前記の結像手段が、それぞれｆの焦点距離
    を有する２つの第２の収束光学要素を含み、前記の第２
    の収束光学要素が、焦点距離ｆの２倍に等しい距離だけ
    互いに間隔を置いていることを特徴とする、請求項２に
    記載の光スイッチ。
  6. 【請求項６】 前記収束光学要素が、焦点距離ｆcを有
    し、その際、ｆc＝πｗ0 2／λ、ｗ0が前記の入力ミラー
    における前記の光ビームのウエスト寸法であり、かつ、
    λが前記の光ビームの波長であることを特徴とする請求
    項２に記載の光スイッチ。
  7. 【請求項７】 前記収束光学要素が、焦点距離ｆcを有
    し、その際、ｆc＝πｗ0 2／λ、ｗ0が前記入力ミラーに
    おける前記光ビームのウエスト寸法であり、かつ、λが
    前記の光ビームの波長であることを特徴とする請求項１
    に記載の光スイッチ。
  8. 【請求項８】 さらに加えて、入力ミラーアレイを含
    み、前記入力ミラーが、前記入力ミラーアレイの要素を
    構成していることを特徴とする請求項１に記載の光スイ
    ッチ。
  9. 【請求項９】 さらに加えて、出力ミラーアレイを含
    み、前記の出力ミラーが、前記の出力ミラーアレイの要
    素を構成していることを特徴とする請求項１に記載の光
    スイッチ。
  10. 【請求項１０】 前記収束光学要素が、凹面状に曲がっ
    たミラーを含むことを特徴とする請求項１に記載の光ス
    イッチ。
  11. 【請求項１１】 前記収束光学要素が、少なくとも１つ
    の凸状の屈折面を有するレンズ、フレネルレンズおよび
    回折光学要素のうちの１つを含むことを特徴とする請求
    項１に記載の光スイッチ。
  12. 【請求項１２】 入力光ビームを受信してコリメーショ
    ンし、かつこれを出力する入力コリメータと、 出力コリメータと、 前記入力コリメータから前記光ビームを受信するように
    配置された入力ミラーと、 前記入力ミラーにより反射された前記光ビームを受信す
    るように配置され、かつ前記の光ビームを前記の出力コ
    リメータに反射する出力ミラーと、 前記入力ミラー及び前記の出力ミラーのそれぞれ１つに
    前記の入力コリメータおよび前記出力コリメータの少な
    くとも１つを結像する結像手段と、を含むことを特徴と
    する、光スイッチ。
  13. 【請求項１３】 前記入力結像手段が、少なくとも１つ
    の収束光学要素を含むことを特徴とする請求項１２に記
    載の光スイッチ。
  14. 【請求項１４】 前記の収束光学要素が、少なくとも１
    つの凸面を有するレンズ、フレネルレンズおよび回折光
    学要素のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする
    請求項１３に記載の光スイッチ。
  15. 【請求項１５】 前記結像手段が、それぞれｆの焦点距
    離を有する２つの収束光学要素を含み、前記収束光学要
    素が、焦点距離ｆの２倍に等しい距離だけ互いに間隔を
    置いていることを特徴とする請求項１２に記載の光スイ
    ッチ。
  16. 【請求項１６】 入力ミラーと出力ミラーとを含む光ス
    イッチを備える工程と、 光ビームを受信する工程と、 前記入力ミラーに前記光ビームを向ける工程と、 前記出力ミラーに前記光ビームを向けるために、前記入
    力ミラーの配向を調節する工程と、 前記入力ミラーによって反射された後であり、かつ前記
    出力ミラーによって反射される前に、前記の光ビームを
    収束する工程と、 前記の出力ミラーの配向を調節する工程と、を含むこと
    を特徴とする、光ビームをスイッチする方法。
  17. 【請求項１７】 前記方法が、さらに加えて、焦点距離
    ｆcを有する収束光学要素を備える工程を含み、その
    際、ｆc＝πｗ0 2／λ、ｗ0が前記の入力ミラーにおける
    前記の光ビームのウエスト寸法であり、かつλが前記の
    光信号の波長であり、かつ、前記収束が、前記の収束光
    学要素によって行なわれることを特徴とする、請求項１
    ６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 さらに加えて、 入力コリメータおよび出力コリメータを備える工程と、 前記入力ミラーおよび前記出力ミラーのそれぞれ１つ
    に、前記入力コリメータおよび前記出力コリメータの少
    なくとも１つを結像する工程と、を含むとともに、 前記光ビームが、前記の入力コリメータを介して受信さ
    れ、かつ前記出力ミラーの前記の配向の調節の際に、前
    記の配向が、前記の光ビームが前記の出力コリメータに
    実効的に結合される入射角において、前記の出力コリメ
    ータに前記の光ビームを向けるように調節されることを
    特徴とする、請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 入力コリメータ、入力ミラー、出力ミ
    ラーおよび出力コリメータを含む光スイッチを備える工
    程と、 前記入力ミラーおよび前記出力ミラーのそれぞれ１つ
    に、前記入力コリメータおよび前記出力コリメータの少
    なくとも１つを結像する工程と、 前記入力コリメータにおいて前記光ビームを受信する工
    程と、 前記出力ミラーに前記光ビームを向けるように、前記入
    力ミラーの配向を調節する工程と、 前記出力ミラーの配向を調節する工程と、を含むことを
    特徴とする、光ビームをスイッチする方法。
  20. 【請求項２０】 前記出力ミラーの前記の配向の調節に
    おいて、前記配向が、前記光ビームが前記出力コリメー
    タに実際に結合される入射角において、前記出力コリメ
    ータに前記光ビームを向けるように調節されることを特
    徴とする、請求項１９に記載の方法。
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