JP2004029320A

JP2004029320A - 光スイッチ

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Publication number: JP2004029320A
Application number: JP2002184597A
Authority: JP
Inventors: Toru Kuboi; 久保井　徹
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-29
Anticipated expiration: 2022-06-25
Also published as: US6941034B2; JP3942497B2; US20040013347A1

Abstract

【課題】チルト可変ミラーのストローク不足が発生すること無く、確実に信号光を切り換え可能な光スイッチを提供する。
【解決手段】アレイユニット１００は、例えばこれを二つ組み合わせることで光スイッチを構成し得るもので、ファイバ−レンズアレイ１１０と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１と、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の向きを調整するための機構とを備えている。ファイバ−レンズアレイ１１０は８本の信号用光ファイバ−１１１と１本の調整用光ファイバー１１１Ａとを有し、これらは３行×３列の配列で整列されている。ＭＥＭＳミラーアレイ１０１は８個のチルト可変ミラー１０２と１個の固定ミラー１０３とを有し、これらは３行×３列の配列で整列されている。ミラーアレイとファイバ−レンズアレイは、調整用光ファイバ−１１１からの光ビームが固定ミラー１０３に照射されるように位置決めされている。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信システムで利用されるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラーアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）を備えた光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２００１−１７４７２４号公報は、従来の光スイッチのひとつを開示している。これを図１２を用いて説明する。
【０００３】
この光スイッチは、入力側と出力側の各々に、一組のファイバ−レンズアレイとＭＥＭＳミラーアレイとを有している。入力側のファイバ−レンズアレイ９０３は、入力ファイバアレイ９０１とこれに対応した入力レンズアレイ９０２とを有し、ＭＥＭＳミラーアレイ９０５は、ファイバ−９０１と同様に配列された複数のチルト可変ミラー９０４を有している。入力ファイバ−レンズアレイ９０３とＭＥＭＳミラーアレイ９０５は対向して配置されており、個々のファイバ−９０１とチルト可変ミラー９０４は１対１で対応している。
【０００４】
同様に、出力側のファイバ−レンズアレイ９１３は、出力ファイバアレイ９１１とこれに対応した出力レンズアレイ９１２とを有し、ＭＥＭＳミラーアレイ９１５は、ファイバ−９１１と同様に配列された複数のチルト可変ミラー９１４を有している。入力ファイバ−レンズアレイ９１３とＭＥＭＳミラーアレイ９１５は対向して配置されており、個々のファイバ−９１１とチルト可変ミラー９１４は１対１で対応している。
【０００５】
特定の入力ファイバ−９０１ａからの射出ビーム９２１は入力レンズ９０２ａにより集光され、対向するチルト可変ミラー９０４ａに照射される。チルト可変ミラー９０４ａは、複数の回転軸の周囲で傾斜可能になっているため、例えば、反射角度が図示するθａ度になる様に、チルト可変ミラー９０４ａを傾ければ、ビーム９２１はＭＥＭＳミラーアレイ９１５上のチルト可変ミラー９１４ａに向かって反射され、ビーム９２１を出力ファイバ−９１１ａに導く事が可能になる。
【０００６】
従って、入力側のＭＥＭＳミラーアレイ９０５のチルト可変ミラー９０４と出力側のＭＥＭＳミラーアレイ９１５のチルト可変ミラー９１４の角度を変更することにより、任意の入力ファイバ−９０１からの光信号を、任意の出力ファイバ−９１１に導く光スイッチを実現できる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示した光スイッチの問題点を図１３を用いて説明する。
【０００８】
チルト可変ミラーの可変角度（以下ストローク）は有限であるため、複数に配列されたファイバ−レンズ列に光信号をスイッチングするには、ＭＥＭＳミラーアレイ全体を所定の傾き範囲内に収まるように設置しなければならない。
【０００９】
すなわち、ＭＥＭＳミラーアレイ９０５が図１３に示されるように傾きθｂを持って設置された場合、チルト可変ミラー９０４ａによって反射されるビーム９２１の反射角は、（θａ―θｂ／２）となるため、ビーム９２１はＭＥＭＳミラーアレイ９１５上のチルト可変ミラー９１４ａに到達しない。ビーム９２１が、チルト可変ミラー９１４ａに到達するためには、チルト可変ミラー９１４ａの最大ストロークθｃが、θｃ≧（θａ＋θｂ／２）を満たす必要がある。
【００１０】
光スイッチに用いられるＭＥＭＳミラーアレイには、例えば、米国特許第６２０１６３１号に示されるものがあるが、これに示される様なジンバル構造を採用したチルト可変ミラーのストロークは、構造上有限であり、尚且つ最大ストロークθｃを大きく取ることは困難である。従って、ビーム９２１を出力ファイバ−９１１ａに導くことが不可能になり、出力ファイバ−レンズアレイ９１３の中に、スイッチング不可能なファイバ−が発生する不具合が生じる。
【００１１】
しかし、特開２００１−１７４７２４号公報には、ＭＥＭＳミラーアレイ９０５とＭＥＭＳミラーアレイ９１５の傾きを調整・確認するための、構成や方法は記載されておらず、従って、ファイバーレンズアレイとミラーレンズアレイが傾きを持って配置された場合には、チルト可変ミラーのストロークが不足して、スイッチング（切り換え）不可能な出力ファイバーが発生するという不具合が生じてしまう。
【００１２】
本発明は、このような不具合を解消するために成されたものであり、その目的は、チルト可変ミラーのストローク不足が発生すること無く、確実に信号光を切り換え可能な光スイッチを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入力側の光ファイバ−と出力側の光ファイバ−とを適宜光接続する光スイッチであって、入力側のアレイユニットと、出力側のアレイユニットとを備えており、入力側のアレイユニットは、複数の信号入力用光ファイバ−と少なくとも一つの調整用光ファイバ−とを有する入力側ファイバ−アレイと、入力側ファイバ−アレイからの信号光ビームを偏向するための複数のチルト可変ミラーと調整用光ファイバ−からの調整光ビームを反射するための少なくとも一つの固定ミラーとを有するミラーアレイと、ファイバ−アレイに対する相対的なミラーアレイの向きを調整するための向き調整機構とを有し、出力側のアレイユニットは、複数の信号出力用光ファイバ−を有する出力側ファイバ−アレイを有している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
第一実施形態
本実施形態は、光スイッチの一部を構成するアレイユニットに向けられている。本実施形態は、例えば、これを二つ組み合わせることで光スイッチを構成し得るアレイユニットである。本実施形態のアレイユニットを図１に示す。
【００１６】
図１に示されるように、アレイユニット１００は、複数の信号用光ファイバ−１１１と少なくとも一つの調整用光ファイバ−１１１Ａとを有するファイバ−レンズアレイ１１０と、複数のチルト可変ミラー１０２と少なくとも一つの固定ミラー１０３とを有するミラーアレイ１０１と、ファイバ−レンズアレイ１１０に対する相対的なミラーアレイ１０１の向きを調整するための向き調整機構とを備えている。
【００１７】
ミラーアレイ１０１は、例えば、半導体マイクロマシン技術によって作製されるマイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム・ミラーアレイ（ＭＥＭＳミラーアレイ）で構成される。
【００１８】
向き調整機構は、入力側ファイバ−レンズアレイ１１０の光軸に対する傾き、言い換えれば、入力側ファイバ−レンズアレイ１１０の光軸に直交する２本の軸すなわちＸ軸とＹ軸の周りの角度を調整し得る。例えば、向き調整機構は、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１とで構成され、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１をθｘ方向（Ｘ軸周り）とθｙ方向（Ｙ軸周り）に傾斜可能に支持している。
【００１９】
向き調整機構は、図１に示されるように、θｘチルト機構１２０やθｙチルト機構１２１の様な１軸傾斜機構を重ねた構成の他に、同時に２軸傾斜が可能な構造を持つ傾斜機構であってもよい。
【００２０】
このようなアレイユニット１００は、これらを二つ、図１２に示したように配置することにより光スイッチを構成する。このように構成される光スイッチにおいて、入力側に位置するアレイユニット１００の信号用光ファイバ−１１１が、信号光が入力される信号入力用光ファイバ−となり、出力側に位置するアレイユニット１００の信号用光ファイバ−１１１が、信号光を出力するための信号出力用光ファイバ−となる。
【００２１】
以下、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の詳細について図３と図４を参照しながら述べ、続いてファイバ−レンズアレイ１１０の詳細について述べる。
【００２２】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０１は、図３と図４に示されるように、８個のチルト可変ミラー１０２と、１個の固定ミラー１０３とを有している。チルト可変ミラー１０２と固定ミラー１０３は３行×３列の配列で整列されている。
【００２３】
本実施形態では、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１は、８個のチルト可変ミラー１０２を有しているが、その個数は例示的なものであり、８個に何ら限定されるものではなく、他の個数であってもよい。また、固定ミラー１０３の個数も１個に限定されるものではなく、少なくとも１個を有していればよい。さらに、固定ミラー１０３の位置も、図３に示される位置に限定されるものではなく、３行×３列の配列上のどこに位置していてもよい。また、配列も３行×３列に限定されるものではなく、ｎ行×ｍ列（ｎとｍは共に自然数）の任意の配列であってもよい。
【００２４】
チルト可変ミラー１０２と固定ミラー１０３には、光通信システムにおいて使用される光信号を反射可能なコーティングが施され、反射コート面１０４（図４参照）を形成している。反射コート面１０４の材料としては例えばＡｕやＡｌが、コーティング方法としては例えば真空蒸着やスパッタリングが考えられる。また、反射コート面１０４は、後述する信号光ビーム１１２や調整光ビーム１１４のビームウエストと比較して、十分に大きな面積を有している。
【００２５】
チルト可変ミラー１０２は、図３と図４に示されるように、スプリング１０５により１本の軸あるいは２本の軸を中心にチルト可能に保持されている。チルト可変ミラー１０２は、あるいは例えば図５に示されるように、ジンバル構造によりチルト可能に保持されていてもよい。
【００２６】
これらのチルト可変ミラー１０２と固定ミラー１０３とスプリング１０５とは、同一のミラー基板１０６から作製されるものであり、従って、チルト可変ミラー１０２の反射コート面１０４と固定ミラー１０３の反射コート面１０４は、同一の面１０７となる。ミラー基板１０６の材料としては、例えば単結晶シリコン基板（ウエハ）が考えられるが、この場合、面１０７の平面度等の面精度はウエハの製造工程に依存するものであり、十分に光学反射面として使用可能なものとなり得る。また、チルト可変ミラー１０２とスプリング１０５の作製には、例えば異方性エッジングを用いた加工が適用可能である。
【００２７】
さらに、ミラー基板１０６の下側には、電極基板１０８が接合されており、電極基板１０８のチルト可変ミラー１０２と対向する面には、電極１０９が設けられている。
【００２８】
ファイバ−レンズアレイ１１０は、図１と図２に示されるように、８本の信号用光ファイバ−１１１と１本の調整用光ファイバー１１１Ａとを有しており、これらは３行×３列の配列で整列されている。ファイバ−レンズアレイ１１０の光ファイバ−１１１と１１１Ａの配列ピッチは、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１のチルト可変ミラー１０２の配列ピッチと同一である。
【００２９】
ファイバーレンズアレイ１１０が有する光ファイバ−１１１と１１１Ａの本数は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１と同様に例示的なものであり、その本数に何ら限定されるものではなく、他の任意の本数であってもよい。また、それらの配列についても同様であり、３行×３列の配列に限定されるものではなく、ｎ行×ｍ列（ｎとｍは共に自然数）の任意の配列であってもよい。
【００３０】
図２に示されるように、ファイバ−レンズアレイ１１０は更に、信号用光ファイバ−１１１と調整用光ファイバー１１１Ａから射出される光ビームをそれぞれ集光するためのレンズ１１３と１１３Ａを有している。レンズ１１３と１１３Ａは光ファイバ−１１１と１１１Ａに対して１対１で設けられている。
【００３１】
図１に示されるように、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１とファイバ−レンズアレイ１１０は対向して設置されており、チルト可変ミラー１０２と信号用ファイバ−１１１は互いに１対１で対応しており、また、固定ミラー１０３と調整用光ファイバ−１１１も１対１で対応している。
【００３２】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０１とファイバ−レンズアレイ１１０は、信号用ファイバ−１１１から射出される信号光ビームがチルト可変ミラー１０２に照射され、調整用光ファイバ−１１１から射出される調整用光ビームが固定ミラー１０３に照射されるように、位置決めされている。
【００３３】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０１とファイバーレンズアレイ１１０の距離ＷＤ１１８は、信号光ビーム１１２と調整光ビーム１１４Ａが、チルト可変ミラー１０２と固定ミラー１０３の反射面で集光するように設計されているレンズ１１３に応じて決まる。
【００３４】
図１と図２に示されるように、ファイバ−レンズアレイ１１０は更に、調整光を発する光源１１５と、調整光を検出するための受光素子１１７とを備えている。受光素子１１７は例えば光量を計測可能なパワーメーターで構成される。光源１１５とパワーメーター１１７は共に方向性結合器１１６を介して調整用光ファイバ−１１１Ａと光学的に接続されている。
【００３５】
光源１１５で発せられた調整光は調整用光ファイバ−１１１Ａから調整光ビームとしてＭＥＭＳミラーアレイ１０１の固定ミラー１０３に向けて射出される。固定ミラー１０３で反射された調整光ビームは調整用光ファイバ−１１１Ａに入射する。方向性結合器１１６は、固定ミラー１０３から戻って来る調整光を、光源１１５から固定ミラー１０３に向かう調整光から選択的に分離してパワーメーター１１７に導く。その結果、パワーメーター１１７は、固定ミラー１０３で反射され調整用光ファイバ−１１１Ａに入射した調整光の光量を計測する。
【００３６】
以下、本実施形態の作用について説明する。
【００３７】
ＭＥＭＳミラーアレイ１０１に設けられた固定ミラー１０３には、チルト可変ミラー１０２に見られるような、チルト可変ミラー１０２やスプリング１０５の加工応力による傾きは発生しない。また、固定ミラー１０３は、ミラー基板１０６そのものでありチルト可変ミラー１０２と比較して剛性が高いため、チルト可変ミラー１０２に見られるような、反射コート面１０４の応力による歪が発生しない。さらに、微細なスプリング１０５により保持されているチルト可変ミラー１０２と比較して、固定ミラー１０３は安定な状態で保持されている。従って、固定ミラー１０３は、チルト可変ミラー１０２に代わり、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の設置における傾きの調整・確認の基準面になり得る。
【００３８】
光源１１５で発生される調整光１１４Ａは、方向性結合器１１６により、ファイバ−１１１Ａをレンズ１１３Ａ側に向かって進み、ファイバ−１１１Ａの先端から射出される。ファイバ−１１１Ａから射出された調整光ビーム１１４Ａは、レンズ１１３Ａにより収束されて、固定ミラー１０３に照射される。調整光ビーム１１４Ａは固定ミラー１０３で反射され、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１に対向して配置されたファイバーレンズアレイ１１０に照射される。
【００３９】
この際、調整光ビーム１１４Ａに対して固定ミラー１０３が垂直に配置されている場合には、固定ミラー１０３で反射される調整光ビーム１１４Ｂは、レンズ１１３Ａに照射されてファイバ−１１１Ａ内に入射する。しかし、固定ミラー１０３が傾いて配置されている場合には、調整光ビーム１１４Ｂはその傾きに応じてずれた位置に照射される。
【００４０】
このずれを目視確認しながら、調整光ビーム１１４Ｂがレンズ１１３Ａに照射されるように、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の傾きθｘとθｙを、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１を用いて調整する。調整光ビーム１１４が可視光であれば、そのまま目視確認できるが、不可視光である場合には、発光性ターゲットや可視化ゴーグルやＣＣＤカメラや撮像管等を利用して可視化すればよく、可視光と同様にθｘとθｙの調整を行なえる。
【００４１】
上述した目視調整の結果、固定ミラー１０３で反射される調整光ビーム１１４Ｂは、レンズ１１３Ａにより集光され、再び調整用光ファイバ−１１１Ａに戻ってくる。この調整光ビーム１１４Ｂは、方向性結合器１１６により、パワーメーター１１７に導かれる。ここで、パワーメーター１１７が示す調整光ビーム１１４Ｂの光量が最大になるように、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の傾きθｘとθｙを、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１を用いて調整する。この調整により、調整光ビーム１１４に対して、固定ミラー１０３は垂直に配置されるため、固定ミラー１０３に付随するＭＥＭＳミラーアレイ１０１も、調整光ビーム１１４に対して垂直に、すなわち傾き無く配置される。
【００４２】
本実施形態により、チルト可変ミラー１０２のストローク不足が発生すること無く、確実に信号光を切り換え可能な光スイッチを実現することが可能になる。
【００４３】
本実施形態の各構成は様々な変更や修正が施されてもよい。例えば、光源１１５と方向性結合器１１６とパワーメーター１１７は、市販の減衰量測定器１１９（図２参照）に置き換えられてもよい。
【００４４】
また、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１は、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１の側にではなく、ファイバ−レンズアレイ１１０のθｘとθｙを調整可能なように、ファイバ−レンズアレイ１１０の側に設けられてもよく、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１を基準にしてファイバ−レンズアレイ１１０の向きを調整することにより、調整光ビーム１１４に対してＭＥＭＳミラーアレイ１０１を垂直に、すなわち傾き無く配置してもよい。
【００４５】
本実施形態のアレイユニット１００は、最初に述べたように、これを二つ組み合わせることで光スイッチを構成し得る。しかし、本実施形態に従う光スイッチは、必ずしも二つのアレイユニット１００を備えている必要はなく、一つのアレイユニット１００を備えているだけであってもよい。本実施形態のアレイユニット１００は特に入力側のアレイユニットとして好適であり、従って、本実施形態に従う好適な光スイッチは、入力側にアレイユニットがアレイユニット１００で構成されていればよく、出力側のアレイユニットは他の構成であってもよい。
【００４６】
つまり、本実施形態に従う光スイッチは、出力側のアレイユニットに本実施形態のアレイユニット１００を有していてもよいが、必ずしもその必要はなく、例えば、アレイユニット１００から固定ミラー１０３と調整用光ファイバー１１１Ａと光源１１５と方向性結合器１１６とパワーメーター１１７とが省かれた構成であってもよい。さらには、ＭＥＭＳミラーアレイ１０１が固定ミラーに変更された構成であってもよい。
【００４７】
第二実施形態
本実施形態は、第一実施形態と同様に、光スイッチの一部を構成するアレイユニットに向けられている。本実施形態のアレイユニットについて、図６〜図８を参照しながら説明する。これらの図において、第一実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、それらの詳しい説明は省略する。以下、第一実施形態との相違箇所に重点をおいて述べる。
【００４８】
図６に示されるように、本実施形態のアレイユニット２００は、複数の光ファイバ−１１１と少なくとも一つの調整用光ファイバ−２３４とを有するファイバ−レンズアレイ２３３と、複数のチルト可変ミラー１０２と少なくとも一つの固定ミラー２３１とを有するミラーアレイ２３０と、ファイバ−レンズアレイ２３３に対する相対的なミラーアレイ２３０の向きを調整するための向き調整機構とを備えている。
【００４９】
向き調整機構は、第一実施形態と同様に、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１とで構成されている。
【００５０】
ＭＥＭＳミラーアレイ２３０は、図６と図７に示されるように、９個のチルト可変ミラー１０２と、１個の固定ミラー２３１とを有している。チルト可変ミラー１０２は３行×３列の配列で整列されている。固定ミラー２３１は、適当なチルト可変ミラー１０２の外周部に、言い換えれば、適当な二つのチルト可変ミラー１０２の間に位置している。つまり、固定ミラー１０３は３行×３列の配列上から外れて位置している。
【００５１】
ＭＥＭＳミラーアレイ２３０のチルト可変ミラー１０２の個数は例示的なものであり、９個に限定されるものではなく、他の個数であってもよい。また、固定ミラー１０３の個数も１個に限定されるものではなく、少なくとも１個を有していればよい。さらに、チルト可変ミラー１０２の配列も３行×３列に限定されるものではなく、ｎ行×ｍ列（ｎとｍは共に自然数）の任意の配列であってもよい。
【００５２】
チルト可変ミラー１０２と固定ミラー２３１は、図８に示されるように、同一のミラー基板２３２から形成されるものであり、従って、チルト可変ミラー１０２の反射コート面１０４と固定ミラー２３１の反射コート面１０４は、同一の面１０７となる。
【００５３】
ファイバ−レンズアレイ２３３は、図６に示されるように、９本の信号用光ファイバ−１１１と１本の調整用光ファイバー２３４とを有している。９本の信号用光ファイバ−１１１は、チルト可変ミラー１０２と同様に、３行×３列の配列で整列されている。ファイバ−レンズアレイ２３３の光ファイバ−１１１の配列ピッチは、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０のチルト可変ミラー１０２の配列ピッチと同一である。
【００５４】
一方、調整用光ファイバー２３４は、適当な信号用光ファイバ−１１１の外周部に、言い換えれば、適当な二つの信号用光ファイバ−１１１の間に位置している。つまり、調整用光ファイバー２３４は３行×３列の配列上から外れて位置している。
【００５５】
チルト可変ミラー１０２は、光ファイバ−１１１や２３４に比較して大型の構造体であるため、チルト可変ミラー１０２や光ファイバ−１１１の配列ピッチはチルト可変ミラー１０２の寸法で決まる。従って、比較的小さな構造体である２本の信号用光ファイバ−１１１の間に調整用光ファイバー２３４を配置することは十分に可能である。
【００５６】
図６では、調整用光ファイバー２３４は、２本の信号用光ファイバ−１１１の間に配置されているが、より狭いピッチでの配列のために、４本の信号用光ファイバ−１１１の間、つまりそれらの中間位置に配置されてもよい。
【００５７】
ファイバ−レンズアレイ２３３の信号用光ファイバ−１１１の本数は例示的なものであり、９本に限定されるものではなく、他の本数であってもよい。また、調整用光ファイバー２３４の本数も１本に限定されるものではなく、少なくとも１本を有していればよい。さらに、信号用光ファイバ−１１１の配列も３行×３列に限定されるものではなく、ｎ行×ｍ列（ｎとｍは共に自然数）の任意の配列であってもよい。
【００５８】
ファイバ−レンズアレイ２３３は更に、信号用光ファイバ−１１１の前方に位置するレンズ１１３と、調整用光ファイバー２３４の前方に位置するレンズ２３５とを有している。レンズ１１３と信号用光ファイバ−１１１は１対１で対応し、レンズ２３５と調整用光ファイバ−２３４は１対１で対応している。
【００５９】
ファイバ−レンズアレイ２３３は更に、第一実施形態と同様に、調整用ファイバ−２３４に光学的に接続された光源１１５と方向性結合器１１６とパワーメーター１１７とを有している。
【００６０】
ＭＥＭＳミラーアレイ２３０とファイバ−レンズアレイ２３３は対向して設置されており、チルト可変ミラー１０２と信号用ファイバ−１１１は互いに１対１で対応しており、また、固定ミラー２３１と調整用光ファイバ−２３４も１対１で対応している。
【００６１】
以下、本実施形態の作用について説明する。
【００６２】
光源１１５で発生される調整光１１４Ａは、方向性結合器１１６により、調整用光ファイバ−２３４をレンズ２３５側に向かって進み、調整用光ファイバ−２３４の先端から射出される。調整用光ファイバ−２３４から射出された調整光ビーム１１４Ａは、レンズ２３５により収束されて、固定ミラー２３１に照射される。調整光ビーム１１４Ａは固定ミラー２３１で反射され、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０に対向して配置されたファイバーレンズアレイ２３３に照射される。
【００６３】
この際、調整光ビーム１１４Ａに対して固定ミラー２３１が垂直に配置されている場合には、固定ミラー２３１で反射される調整光ビーム１１４Ｂは、レンズ２３５に照射されてファイバ−２３４内に入射する。しかし、固定ミラー２３１が傾いて配置されている場合には、調整光ビーム１１４Ｂはその傾きに応じてずれた位置に照射される。
【００６４】
このずれを目視確認しながら、調整光ビーム１１４Ｂがレンズ２３５に照射されるように、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０の傾きθｘとθｙを、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１を用いて調整する。
【００６５】
上述した目視調整の結果、固定ミラー２３１で反射される調整光ビーム１１４Ｂは、レンズ２３５により集光され、再び調整用光ファイバ−２３４に戻ってくる。この調整光ビーム１１４Ｂは、方向性結合器１１６により、パワーメーター１１７に導かれる。ここで、パワーメーター１１７が示す調整光ビーム１１４Ｂの光量が最大になるように、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０の傾きθｘとθｙを、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１を用いて調整する。この調整により、調整光ビーム１１４に対して、固定ミラー２３１は垂直に配置されるため、固定ミラー２３１に付随するＭＥＭＳミラーアレイ２３０も、調整光ビーム１１４に対して垂直に、すなわち傾き無く配置される。
【００６６】
これにより、本実施形態は、第一実施形態と同様、チルト可変ミラー１０２のストローク不足が発生すること無く、確実に信号光を切り換え可能な光スイッチを実現することが可能である。さらに、本実施形態は、第一実施形態と比較して、切り換えに使用できるチャンネル数を１個多く取ることができるため、より集積度の高い光スイッチを提供することが可能である。
【００６７】
第三実施形態
本実施形態は、第一実施形態と同様に、光スイッチの一部を構成するアレイユニットに向けられている。本実施形態のアレイユニットについて、図９〜図１１を参照しながら説明する。これらの図において、第一実施形態の部材や第二実施形態の部材と同一の参照符号で示された部材は同等の部材を示しており、それらの詳しい説明は省略する。以下、第一実施形態や第二実施形態との相違箇所に重点をおいて述べる。
【００６８】
図９〜図１１に示されるように、本実施形態のアレイユニット３００は、複数の光ファイバ−１１１と少なくとも一つの調整用光ファイバ−１１１Ａとを有するファイバ−レンズアレイ１１０と、複数のチルト可変ミラー１０２と少なくとも一つの固定ミラー２３１とを有するミラーアレイ２３０と、ファイバ−レンズアレイ１１０に対する相対的なミラーアレイ２３０の向きを調整するための向き調整機構と、ファイバ−レンズアレイ１１０の光軸を横切る方向に関するファイバ−レンズアレイ１１０とミラーアレイ２３０の相対的な位置を調整するための位置調整機構とを備えている。
【００６９】
本実施形態のファイバ−レンズアレイは第一実施形態のファイバ−レンズアレイ１１０と同等物であり、本実施形態のミラーアレイは第二実施形態のミラーアレイ２３０と同等物である。
【００７０】
向き調整機構は、第一実施形態と同様に、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１とで構成されている。また、位置調整機構は、例えば、ｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３とで構成され、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０をＸ方向とＹ方向に（Ｘ軸とＹ軸に沿って）移動可能に支持している。
【００７１】
ファイバ−レンズアレイ１１０は更に、信号用光ファイバ−１１１の前方に位置するレンズ１１３と、調整用光ファイバー１１１Ａの前方に位置するレンズ１１３Ａとを有している。レンズ１１３と信号用光ファイバ−１１１は１対１で対応し、レンズ１１３Ａと調整用光ファイバ−１１１Ａは１対１で対応している。
【００７２】
さらにファイバ−レンズアレイ１１０は光源１１５とパワーメーター１１７とを有しており、光源１１５とパワーメーター１１７は共に方向性結合器３１６Ａと分岐ファイバー３４１と方向性結合器３１６Ｂとを介して調整用光ファイバ−１１１Ａと光学的に接続されている。
【００７３】
つまり、調整用光ファイバ−１１１Ａには、方向性結合器３１６Ａが接続されている。この方向性結合器３１６Ａにより分岐される分岐ファイバー３４１には、さらにもう１個の方向性結合器３１６Ｂが接続されており、方向性結合器３１６Ｂにより分岐されるファイバ−の一端には光源１１５が、もう一端にはパワーメーター１１７が接続されている。
【００７４】
方向性結合器３１６Ａは、光源１１５からの調整光を固定ミラー２３１に方向付け、固定ミラー２３１から戻って来る調整光を方向性結合器３１６Ｂに方向付ける。また、方向性結合器３１６Ｂは、固定ミラー２３１から戻って来る調整光を、光源１１５から方向性結合器３１６Ａに向かう調整光から選択的に分離してパワーメーター１１７に導く。
【００７５】
以下、本実施形態の作用について説明する。
【００７６】
光源１１５で発生される調整光１１４Ａは、方向性結合器３１６Ａと３１６Ｂにより、調整用光ファイバ−１１１Ａをレンズ１１３Ａ側に向かって進み、調整用光ファイバ−１１１Ａの先端から射出される。調整光ビーム１１４の照射位置は、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０のＸＹ方向位置が未調整の状態においては不明である。
【００７７】
本実施形態では、調整用光ファイバ−１１１Ａは、単にファイバ−レンズアレイ１１０とＭＥＭＳミラーアレイ２３０の間の相対的な向き調整に利用されるだけでなく、信号光伝達のための１つのチャンネルとしても利用される。
【００７８】
ファイバ−レンズアレイ１１０とＭＥＭＳミラーアレイ２３０の間の相対的な向き調整の際には、図１０に示されるように、調整光ビーム１１４ＡがＭＥＭＳミラーアレイ２３０の固定ミラー２３１に照射されるように、目視確認しながら、ｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３を用いてＭＥＭＳミラーアレイ２３０のＸＹシフト位置を調整する。
【００７９】
このＭＥＭＳミラーアレイ２３０のＸＹシフト位置調整は、目視確認に限らず、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０を規定値分、手動や自動で移動させることにより行なわれてもよい。
【００８０】
ＭＥＭＳミラーアレイ２３０のＸＹシフト位置調整によって、調整光ビーム１１４Ａが固定ミラー２３１に照射される状態にした後、第一実施形態や第二実施形態と同様にして、すなわちパワーメーター１１７が示す調整光ビーム１１４Ｂの光量が最大になるように、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０の向きを、言い換えればＸ軸とＹ軸に対する傾きθｘとθｙを、θｘチルト機構１２０とθｙチルト機構１２１を用いて調整する。この調整により、調整光ビーム１１４に対して、固定ミラー２３１は垂直に配置されるため、固定ミラー２３１に付随するＭＥＭＳミラーアレイ２３０も、調整光ビーム１１４に対して垂直に、すなわち傾き無く配置される。
【００８１】
また、前記調整後、光スイッチとして使用する際には、図１１に示されるように、調整光ビーム１１４Ａが、調整用光ファイバ−１１１Ａに対応する位置のチルト可変ミラー１０２に照射されるように、目視確認しながら、ｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３を用いてＭＥＭＳミラーアレイ２３０のＸＹシフト位置を調整する。
【００８２】
この調整の結果、ファイバ−レンズアレイ１１０のすべての光ファイバ−１１１と１１１Ａは、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０のチルト可変ミラー１０２に対向して配置される。つまり、ファイバ−レンズアレイ１１０のすべての光ファイバ−１１１と１１１Ａがチルト可変ミラー１０２と１対１で対応する。
【００８３】
調整用光ファイバ−１１１Ａを通る信号光は、方向性結合器３１６Ａを通過し、その端面から対応するチルト可変ミラー１０２に向けて信号光ビーム１１２として射出される。言い換えれば、方向性結合器３１６Ａは、信号光に対しては、そのまま透過するように設計されている。
【００８４】
これまでの説明から分かるように、本実施形態は、第一実施形態と同様、チルト可変ミラー１０２のストローク不足が発生すること無く、確実に信号光を切り換え可能な光スイッチを実現することが可能である。さらに、本実施形態は、第一実施形態と比較して、切り換えに使用できるチャンネル数を１個多く取ることができるため、より集積度の高い光スイッチを提供することが可能でなる。加えて、第二実施形態と比較して、チャンネルとして利用されない光ファイバ−２３４とそれ用のレンズ２３５を設ける必要がないため、同数のチャンネルを有する光スイッチをより安価に提供することができる。
【００８５】
本実施形態では、ファイバ−レンズアレイ１１０の光軸を横切る方向に関するファイバ−レンズアレイ１１０とミラーアレイ２３０の相対的な位置調整を、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０を実際に移動させることにより行なっているが、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０を移動させる代わりに、ファイバ−レンズアレイ１１０を移動させて行なってもよい。
【００８６】
つまり、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０の側にｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３を設ける代わりに、ファイバ−レンズアレイ１１０の側にｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３を設けてもよい。もちろん、ｘシフト機構３４２とｙシフト機構３４３は、ＭＥＭＳミラーアレイ２３０の側とファイバ−レンズアレイ１１０の側とにひとつずつ設けられてもよい。
【００８７】
また、本実施形態におけるＭＥＭＳミラーアレイの設置完了後に、方向性結合器３１６Ａを光ファイバ−１１１Ａから切り離し、図示しない光ファイバ−コネクトにより光ファイバ−１１１Ａを連結すれば、光ファイバ−１１１Ａを出力のみならず、入力側の光ファイバ−として使用する事も可能となる。
【００８８】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【００８９】
本発明は、以下の各項に記す光スイッチとその調整方法とを含んでいる。
【００９０】
１．　複数に配列された光信号反射用のチルト可変ミラーと、当該チルト可変ミラーを形成する基板（ウエハ）に設けられる固定ミラーとを有する半導体マイクロマシニングにより製造される（以下ＭＥＭＳとする）ミラーアレイを用いる事を特徴とする光スイッチ。
【００９１】
２．　第１項に記載の光スイッチにおいて、チルト可変ミラーの配列上の少なくとも一箇所に、固定ミラーを有するＭＥＭＳミラーアレイと、当該固定ミラーと対向する位置に配列されたファイバ−に接続可能な光源および受光素子とを有する事を特徴とする光スイッチ。
【００９２】
第１項と第２項に従う光スイッチにおいては、まず、調整光ビームがファイバ−から射出される。調整光ビームは、ＭＥＭＳミラーアレイ上に設けられた固定ミラーにより反射され、再びファイバーに入射される。この入射される調整光ビームの戻り光量が最大になる様に、ＭＥＭＳミラーアレイの傾きを調整すれば、ファイバ−の光軸とＭＥＭＳミラーアレイを垂直に、すなわち傾き無く設置する事が可能になる。
【００９３】
ＭＥＭＳミラーアレイを傾き無く設置する事で、、チルト可変ミラーのストローク不足が発生する事無く、確実に光信号をスイッチング可能な光スイッチを実現する事が可能になる。
【００９４】
３．　第１項に記載の光スイッチにおいて、少なくとも一個のチルト可変ミラーの外周部に、固定ミラーを有するＭＥＭＳミラーアレイと、当該固定ミラーと対向する位置に設置されたファイバ−レンズと、当該ファイバ−に接続された光源および受光素子とを有する事を特徴とする光スイッチ。
【００９５】
第３項に従う光スイッチにおいては、第１項と第２項に従う光スイッチの作用効果に加えて、スイッチングに使用可能な光信号チャンネルを１つ多く設ける事が可能になり、より集積度の高い光スイッチを提供する事ができる。
【００９６】
４．　第１項に記載の光スイッチにおいて、少なくとも一個のチルト可変ミラーの外周部に、固定ミラーを有するＭＥＭＳミラーアレイと、配列されたファイバ−レンズアレイの内少なくとも１本のファイバ−に接続可能な光源および受光素子と、ＭＥＭＳミラーアレイのＸＹシフト移動機構もしくはファイバ−レンズアレイのＸＹシフト移動機構とを有する事を特徴とする光スイッチ。
【００９７】
第４項に従う光スイッチにおいては、第３項に従う光スイッチにおける作用効果に加えて、調整専用のファイバ−レンズを別途設ける事なく、安価に、集積度の高い光スイッチを提供する事が可能となる。
【００９８】
５．　第１〜４項のいずれかひとつに記載の光スイッチの調整方法であって、固定ミラーにファイバ−から光ビームを射出する工程と、固定ミラーによって反射され、当該ファイバ−に入射される戻り光ビームの光量を検知する工程と、戻り光ビームの光量が最大になる様にミラーアレイのチルト調整を実施する工程とを有している光スイッチの調整方法。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、チルト可変ミラーのストローク不足が発生すること無く、従って確実に信号光を切り換え可能な光スイッチが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光スイッチの一部を構成する第一実施形態のアレイユニットの斜視図である。
【図２】図１に示されたアレイユニットの側面図である。
【図３】図１に示されたＭＥＭＳミラーアレイの平面図である。
【図４】図３に示されたＭＥＭＳミラーアレイのＩＶ−ＩＶ線に沿った側断面図である。
【図５】図３に示されたＭＥＭＳミラーアレイのチルト可変ミラーに代えて適用可能な別のチルト可変ミラーの平面図である。
【図６】本発明による光スイッチの一部を構成する第二実施形態のアレイユニットの斜視図である。
【図７】図６に示されたＭＥＭＳミラーアレイの平面図である。
【図８】図７に示されたＭＥＭＳミラーアレイのＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った側断面図である。
【図９】本発明による光スイッチの一部を構成する第三実施形態のアレイユニットの側面図である。
【図１０】図９に示されたアレイユニットの斜視図であり、ＭＥＭＳミラーアレイの向き調整時の状態が描かれている。
【図１１】図９に示されたアレイユニットの斜視図であり、信号光伝達時の状態が描かれている。
【図１２】特開２００１−１７４７２４号公報に開示されている光スイッチを示している。
【図１３】図１２の示された光スイッチの問題点を示すための図である。
【符号の説明】
１００　アレイユニット
１０１　ＭＥＭＳミラーアレイ
１０２　チルト可変ミラー
１０３　固定ミラー
１１０　ファイバーレンズアレイ
１１１　信号用光ファイバー
１１１Ａ　調整用光ファイバー
１１５　光源
１１６　方向性結合器
１１７　パワーメーター

Claims

入力側の光ファイバ−と出力側の光ファイバ−とを適宜光接続する光スイッチであって、
入力側のアレイユニットと、
出力側のアレイユニットとを備えており、
入力側のアレイユニットは、複数の信号入力用光ファイバ−と少なくとも一つの調整用光ファイバ−とを有する入力側ファイバ−アレイと、入力側ファイバ−アレイからの信号光ビームを偏向するための複数のチルト可変ミラーと調整用光ファイバ−からの調整光ビームを反射するための少なくとも一つの固定ミラーとを有するミラーアレイと、ファイバ−アレイに対する相対的なミラーアレイの向きを調整するための向き調整機構とを有し、
出力側のアレイユニットは、複数の信号出力用光ファイバ−を有する出力側ファイバ−アレイを有している、光スイッチ。
入力側ファイバ−アレイは更に、調整用光を発する光源と、調整用光を検出するための受光素子とを備えており、光源と受光素子は共に調整用光ファイバ−と光学的に接続されており、調整用光ファイバ−からは調整用光のビームが固定ミラーに向けて射出され、受光素子は固定ミラーで反射され調整用光ファイバ−に入射した調整用光を検出する、請求項１に記載の光スイッチ。
複数のチルト可変ミラーと少なくとも一つの固定ミラーは、ｍ行×ｎ列（ｍとｎは共に自然数）の配列で整列されており、従って、固定ミラーはｍ行×ｎ列の配列上に位置しており、
これに対応して、複数の信号入力用光ファイバ−と少なくとも一つの調整用光ファイバ−もｍ行×ｎ列の配列で整列されていて、調整用光ファイバ−は固定ミラーに対向して配置されている、請求項１に記載の光スイッチ。
複数のチルト可変ミラーは、ｍ行×ｎ列（ｍとｎは共に自然数）の配列で整列されており、従って、固定ミラーはｍ行×ｎ列の配列上から外れており、
これに対応して、複数の信号入力用光ファイバ−もｍ行×ｎ列の配列で整列されており、従って、調整用光ファイバ−はｍ行×ｎ列の配列上から外れていて、固定ミラーに対向して配置されている、請求項１に記載の光スイッチ。
複数のチルト可変ミラーは、ｍ行×ｎ列（ｍとｎは共に自然数）の配列で整列されており、従って、固定ミラーはｍ行×ｎ列の配列上に外れており、
複数の信号入力用光ファイバ−と少なくとも一つの調整用光ファイバ−もｍ行×ｎ列の配列で整列されており、従って、調整用光ファイバ−はｍ行×ｎ列の配列上に位置しており、
光スイッチは更に、入力側ファイバ−アレイの光軸を横切る方向に関する入力側ファイバ−アレイとミラーアレイの相対的な位置を調整するための位置調整機構を更に備えており、調整用光ファイバ−は位置調整機構により固定ミラーに適宜対向して配置される、請求項１に記載の光スイッチ。
出力側のアレイユニットは更に、入力側ファイバ−アレイのミラーアレイからの信号光ビームを、出力側ファイバ−アレイに向けて偏向するための複数のチルト可変ミラーを有する別のミラーアレイを有している、請求項１に記載の光スイッチ。
出力側のアレイユニットは更に、入力側ファイバ−アレイのミラーアレイからの信号光ビームを、出力側ファイバ−アレイに向けて反射するための固定ミラーを有している、請求項１に記載の光スイッチ。